/
Author: Левит М.Е. Рыженков В.М.
Tags: технология обработки без снятия стружки в целом: процессы, инструмент, оборудование и приспособления отдельные машиностроительные и металлообрабатывающие процессы и производства машиностроение механика детали машин технология машиностроения издательство машиностроение
Year: 1986
Text
М.Е. ЛЕВИТ, В.М. РЫЖЕНКОВ
I II 114/|4 ll к
ДЕТАЛЕЙ
И УЗЛОВ
Москва
МАШИНОСТРОЕНИЕ’
1986
ББК34.686
Л36
УДК 621.755-251
Рецензет инж. В. Л. А э р о в
Левит М.Е., Рыженков В.М.
Л36 Балансировка деталей и узлов. — М.: Машино-
строение, 1986.— 248с., ил.
В пер.: 1 р. 10 к.
Изложены основные вопросы балансировочной техни-
ки, необходимые для практической балансировки деталей и
узлов изделий различных отраслей машиностроения.
Для рабочих машиностроительных предприятий, полу-
чающих или повышающих квалификацию по профессии ба-
лансировщика деталей и узлов; может быть полезна рабо-
чим других профессий, занимающихся ремонтом, техничес-
ким обслуживанием и эксплуатацией машин и механизмов.
2704090000-277
038 (01)-86
277-86
ББК 34.686
6П5.4
© Издательство "Машиностроение”, 1986 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
От авторов . . . (......................................... 5
Введение................................................... 6
Термины и определения ................................. . 7
Обозначения основных физических величин и их размерности. ... Ю
Глава 1. Основы балансировочной техники................... 12
1.1. Некоторые сведения из механики.................... 12
1.2. Неуравновешенность и дисбаланс.................... 24
1.3. Точность балансировки............................. 31
1.4. Методы и средства балансировки.................... 36
Глава 2. Статическая балансировка......................... 49
2.1. Основы статической балансировки при помощи сил
тяжести................................................. 49
2.2. Погрешности статической балансировки............... 53
2.3. Станки для статической балансировки................ 57
2.4. Контроль остаточных дисбалансов.................... 63
2.5. Определение моментов инерции тел................... 65
Глава 3. Динамическая балансировка......................... 69
3.1. Основы динамической балансировки................... 69
3.2. Низкочастотная балансировка........................ 70
3.3. Высокочастотная балансировка....................... 88
3.4. Конструктивно-технологические особенности баланси-
ровки................................................... 91
3.5. Погрешности динамической балансировки............. 94
3.6. Контроль остаточных дисбалансов................... 95
Глава 4. Станки для динамической балансировки...............Ю1
4.1. Устройство и принцип действия балансировочных станков 191
4.2. Конструкция балансировочных станков...............113
4.3. Типы балансировочных станков......................121
4.4. Нормы точности....................................127
Глава 5. Средства балансировки............................. 131
5.1. Приспособления для балансировки станков.......... 131
5.2. Слесарно-сборочный инструмент и приспособления.... 142
5.3. Средства измерений............................... 146
5.4. Режущие инструменты.............................. 151
Глава 6. Эксплуатация станков для динамической баланси-
ровки. .................................................. 154
6.1. Подготовка станка к эксплуатации................. 154
6.2. Настройка балансировочного станка................ 157
6.3. Балансировка партии роторов...................... 167
6.4. Техническое обслуживание......................... 168
6.5. Техника безопасности............................. 17Й
3
Глава 7. Корректировка масс............................ 174
7.1. Способы корректировки масс............................ И4
7.2. Корректирующие устройства...........у................ 176
7.3. Расчет корректирующих масс........................... 179
7.4. Приемы выполнения работ.............................. 189
Глава 8. Технология балансировки............................. 200
8.1. Основные понятия о технологическом процессе баланси-
ровки......’............................................ 200
8.2. Организация работ.................................. 202
8.3. Нормирование и тарификация работ..................... 205
8.4. Технологическая подготовка производства.............. 209
8.5. Технологическая документация......................... 219
Глава 9. Типовые рабочие технологические процессы баланси-
ровки деталей и узлов в машиностроении и приборостроении .... 223
9.1. Технологический процесс статической балансировки
диска..................................................... 224
9.2. Технологический процесс динамической балансировки
ротора средней электрической машины....................... 226
9.3. Технологический процесс статико-моментной баланси-
ровки маховика инерционного гиростабилизатора............. 229
9.4. Технологический процесс низкочастотной многоплос-
костной балансировки ротора центробежного насоса.......... 234
9.5. Технологический процесс высокочастотной балансиров-
ки ротора турбоагрегата на месте установки................ 238
Методические указания...................................... 242
Список нормативной литературы. ............................. 247
ОТ АВТОРОВ
Данная книга предназначена для рабочих машиностроитель-
ных предприятий, получающих или повышающих квалифика-
цию по профессии балансировщик деталей и узлов. Она также
полезна рабочим других профессий, производящим ремонт,
техническое обслуживание и эксплуатацию машин и механиз-
мов.
При изложении материала авторы придерживались перечня
работ по профессии балансировщик деталей и узлов, содержа-
щегося в Едином тарифно-квалификационном справочнике, ис-
пользовали передовой опыт и прогрессивную технологию ба-
лансировки, а также опыт обучения рабочих предприятий раз-
личных отраслей машиностроения. Все рекомендации, которые
даются в книге, проверены на практике и освоены балансиров-
щиками в серийном производстве.
Наличие в книге рисунков, примеров решения задач, при-
кладных программ для расчетов на микроЭВМ, типовых техно-
логических процессов балансировки различных изделий и спра-
вочных материалов будет полезно для повседневной работы
балансировщика.
Настоящая книга является первой попыткой систематичес-
кого изложения вопросов балансировки для работников
различных отраслей народного хозяйства.
5
ВВЕДЕНИЕ
Одной из особенностей современного технического прогрес-
са является систематический рост рабочих скоростей вращения
роторов машин, приборов и механизмов. Например, частота
вращения роторов центрифуг доходит до 500 тыс. об/мин,
а некоторых деталей текстильных машин — до 1 млн. об/мин.
Вполне естественно, что с увеличением скоростей вращения воз-
никают и повышенные вибрации.
Вибрации, возникающие при работе машин и механизмов,
создают дополнительные нагрузки на детали, увеличивают их
износ, снижают срок службы изделий, оказывают неблагоприят-
ное физиологическое воздействие на организм человека. Разру-
шение опор и фундаментов машин, повышенный износ автомо-
бильных шин, некачественное воспроизведение магнитофон-
ной записи — все это и многое другое в большинстве случаев
связано с высоким уровнем вибрации. Поэтому борьба с вред-
ными вибрациями — актуальная проблема современного маши-
ностроения и приборостроения. В то же время, вибрации, ис-
пользуемые при работе формовочных и литейных машин, при
погружении свай и труб в грунт, при уплотнении бетона и во
многих других производственных процессах, являются полез-
ными.
В процессе проектирования машин и механизмов стремятся
уменьшить вредные вибрации, выбирая наиболее правильные
решения в отношении конструкции и технологии изготовления,
добиваются весовой симметрии всех движущихся частей путем
уравновешивания. Однако, в процессе изготовления и эксплу-
атации деталей и узлов возникают условия, нарушающие сим-
метрию и приводящие к неуравновешенности. Для уменьшения
неуравновешенности при изготовлении, ремонте, эксплуатации
производят балансировку тел вращения путем изменения их
массы или геометрии.
Надлежащая балансировка деталей автомобиля удлиняет
срок службы на 25 ... 100%, повышает полезную мощность дви-
гателя на 10%. Балансировка увеличивает в 3 раза стойкость
алмазных кругов, снижает в 4 раза волнистость обрабатывае-
мой поверхности. Подобные примеры можно привести для из-
делий и других отраслей машиностроения.
Первоначально уравновешивание вращающихся масс прово-
дилось лишь расчетным путем при конструировании. Необхо-
димость в динамической балансировке как операции техноло-
6
гического процесса изготовления возникла в связи с внедрени-
ем высокооборотных паровых турбин. Первые балансировоч-
ные станки появились в России, Швейцарии и Германии в кон-
це XIX начале XX вв.
Бурное развитие машиностроения и приборостроения в се-
редине нашего века потребовало решения многих вопросов ба-
лансировочной техники. Была начата разработка вопросов тео-
рии балансировки роторов, уравновешивания механизмов;
созданы станки для балансировки деталей массой от несколь-
ких граммов до сотен тонн, высокопроизводительные баланси-
ровочные автоматы и автоматические линии. Балансировка кос-
мических летательных аппаратов производится с минимальной
скоростью вращения до 30 об/мин, а центрифуг — при скорос-
ти вращения 12 000 об/мин.
Решения XXVII съезда КПСС нацелили промышленность на
резкое повышение качества выпускаемой продукции. В связи с
этим в последние годы значительно возрос объем балансировоч-
ных работ, внедряются в производство принципиально новое
балансировочное оборудование и методы уравновешивания.
Широкое внедрение микропроцессоров, лазерной техники по-
зволяет современному балансировщику деталей и узлов дости-
гать высокой точности балансировки.
О том, как и на чем балансируют детали и узлы, роторы и
агрегаты в сборе на месте установки, авторы и хотят рассказать
в этой книге.
По своему содержанию и изложению материала книга су-
щественно отличается от изданной ранее литературы. В ней
рассмотрены все вопросы балансировочной техники, начиная с
теоретических основ уравновешивания и кончая практически-
ми приемами выполнения работ.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В балансировочной технике применяются термины из
различных областей науки, техники и производства. Единая тер-
минология способствует правильному пониманию решаемых за-
дач при балансировке и уменьшению ошибок в работе.
Приводимые ниже определения терминов могут быть при необ-
ходимости изменены по форме, но при этом не должен нару-
шаться смысл понятия.
Механика. ч
Механическое движение — изменение положения тела отно-
сительно других тел. Механическое движение определяется тра-
екторией, пройденным путем, скоростью и ускорением.
Скалярная величина — величина, каждое значение которой мо-
жет быть выражено одним числом.
Векторная величина — величина, которая кроме численного зна-
чения имеет направление.
7
Инерция — явление сохранения скорости движения тела или со-
стояния покоя при отсутствии действия других каких-либо сил.
М а с с а — мера инертности и гравитационных свойств тела.
Сила ~ векторная величина, служащая мерой механического
взаимодействия тел. В природе и технике действуют силы тя-
жести, упругости, трения и другие силы.
Момент силы ~ механическая величина, равная произведению
силы на расстояние от точки приложения силы до заданной точ-
ки (полюса) или оси.
Колебания — процесс поочередного возрастания и убывания,
обычно во времени, какой-либо величины.
Механические колебания — колебания значения кинематичес-
кой или динамической величины. Механические колебания
определяются временем, амплитудой, фазой, угловой частотой.
Механические колебания бывают свободные, вынужденные, ре-
зонасные и др.
Вибрация — движение точки или тела, при котором происходят
колебания характеризующих его скалярных величин. Вибрация
характеризуется виброперемещением, виброскоростью, вибро-
ускорением, виброперегрузкой.
Вращательное движение вокруг оси ~ движение, при котором
все точки, двигаясь в параллельных плоскостях тела, описы-
вают окружности с центрами, лежащими на одной прямой,
перпендикулярной к плоскости этих окружностей и называе-
мой осью вращения. Вращение определяется углом поворота,
угловой скоростью, угловым ускорением.
Момент инерции тела относительно оси — величина, являюща-
яся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг
этой оси.
Ротор — тело, которое при вращении удерживается своими не-
сущими поверхностями в опорах. В балансировочной технике
роторы делят на классы: жесткие, упруго деформируемые, гиб-
кие и др. (см. гл. 1, п. 2).
Несущая поверхность ротора — поверхности цапф или поверх-
ности, их заменяющие. Несущая поверхность ротора передает
нагрузки на опоры через подшипники скольжения или каче-
ния.
Неуравновешенность и дисбаланс.
Неуравновешенность — состояние ротора, характеризующее-
ся таким распределением масс, которое во время вращения вы-
зывает переменные нагрузки на опорах ротора и его изгиб. Не-
уравновешенность жесткого ротора бывает статическая, мо-
ментная, динамическая, квазистатйческая. Неуравновешенность
гибкого ротора бывает по и-й форме изгиба.
Эксцентриситет массы — радиус-вектор центра рассматривае-
мой массы относительно оси ротора.
Точечная неуравновешенная масса — условная точечная масса с
8
заданным эксцентриситетом, вызывающая во время вращения
ротора переменные нагрузки на опорах и его изгиб.
Дисбаланс — векторная величина, равная произведению не-
уравновешенной массы на ее эксцентриситет. Дисбаланс пол-
ностью определяется значением и углом.
Корректирующая масса — масса, используемая для уменьшения
дисбалансов ротора.
Плоскость коррекции, приведения, измерения — плоскость,
перпендикулярная оси ротора, в которой расположен центр
корректирующих масс, задают дисбаланс, измеряют дисбаланс.
Начальный и остаточный дисбаланс—дисбаланс в рассматривае-
мой плоскости, перпендикулярной оси ротора, до и после кор-
ректировки масс.
Допустимый дисбаланс — наибольший остаточный дисбаланс в
рассматриваемой плоскости жесткого ротора или дисбаланс по
и-й форме изгиба гибкого ротора, который считается прием-
лемым.
Технологический дисбаланс — разность значений остаточных
дисбалансов в одних и тех же плоскостях ротора, измеренных
для изделия в сборе и для сборочной единицы ротора.
Эксплуатационный дисбаланс — разность значений остаточных
дисбалансов в одних и тех же плоскостях ротора, измеренных
на изделии в сборе до начала его эксплуатации и после того, как
оно выработало весь заданный технический ресурс или ресурс
до ремонта, предусматривающего балансировку.
Балансировка.
Балансировка — процесс определения значений и углов дис-
балансов ротора и уменьшения их корректировкой масс.
Низкочастотная балансировка — балансировка на такой частоте
вращения, при которой балансируемый ротор еще можно рас-
сматривать как жесткий.
Высокочастотная балансировка — балансировка на такой часто-
те вращения, при которой балансируемый ротор уже не может
рассматриваться как жесткий.
Балансировка на месте — балансировка ротора в собственных
подшипниках и опорах без установки на балансировочный
станок.
Статическая балансировка — балансировка, при которой опре-
деляется и уменьшается главный вектор дисбалансов ротора,
характеризующий его статическую неуравновешенность.
Моментная балансировка — балансировка, при которой опреде-
ляется и уменьшается главный момент дисбалансов ротора, ха-
рактеризующий его моментную неуравновешенность.
Динамическая балансировка — балансировка, при которой
определяются и уменьшаются дисбалансы ротора, характери-
зующие его динамическую неуравновешенность.
Балансировка по п-й форме изгиба — балансировка гибких ро-
торов в заданном диапазоне частот вращения для уменьшения
9
переменных нагрузок на опорах ротора и его изгиба, вызван-
ных неуравновешенностью по n-й форме изгиба.
Средства балансировки.
Балансировочный станок — станок, определяющий дисба-
лансы ротора для уменьшения их корректировкой масс.
Станок для статической балансировки — балансировочный
станок, определяющий главный вектор дисбалансов при помо-
щи сил тяжести на невращающемся роторе или на вращаемом
роторе.
Станок для динамической балансировки — балансировочный
станок, определяющий дисбалансы на вращаемом им роторе.
Разгонно-балансировочный стенд — балансировочный станокх
определяющий нагрузки на опорах ротора и изгиб его оси на
вращаемом им гибком роторе при высокочастотной баланси-
ровке.
Балансировочный комплект — измерительные приборы, позво-
ляющие получить информацию о дисбалансах ротора при его
балансировке на месте.
Балансировочная оправка — сбалансированный вал, на который
монтируют подлежащее балансировке изделие.
Балансировочная рамка — приспособление для балансировочно-
го станка, на которое устанавливают подлежащее балансиров-
ке изделие.
Контрольный ротор — ротор, применяемый для проверки ба-
лансировочного станка.
Тарировочный ротор — один из серийных роторов, используе-
мый для тарирования балансировочного станка.
Настройка балансировочного станка — процесс, включающий
механическую регулировку привода ротора, установку приспо-
соблений, разделение плоскостей коррекции, тарирование из-
мерительного устройства.
Порог чувствительности балансировочного станка по значению
и углы дисбаланса — наименьшее изменение значения и угла
дисбаланса, которое может выявить и показать балансировоч-
ный станок в заданных условиях.
ОБОЗНА ЧЕНИЯ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
И ИХ РАЗМЕРНОСТИ
15— дисбаланс, г • мм;
— неуравновешенная сила, Н;
J — момент инерции тела, кг • м2 ;
L — расстояние между серединами опор ротора, мм;
— крутящий момент, Н • м;
Mjy— главный момент дисбалансов ротора, г • мм2 ;
R — радиус окружности, мм;
S — перемещение, мкм, статический момент, г • мм;
Т — период, с*1;
U— динамическое перемещение, мкм;
ю
v — скорость, м • с-1 ;
а — ускорение, м • с~2;
d — диаметр, мм;
е — эксцентриситет,мкм; удельный дисбаланс, г • мм/кг;
f — частота, Гц;
g — ускорение свободного падения, м • с-2 (g = 9,81 м • с-2);
h — плечо, мм;
к — коэффициент жесткости, Н/м;
I — расстояние между плоскостями коррекции, мм;
т — масса, кг или г;
п — частота вращения, с-1;
г — радиус, мм;
у — прогиб ротора, мкм;
а (альфа) — коэффициент балансировочной чувствительности,
мкм/г • мм;
у (фи) — угол дисбаланса, угол коррекции, 0;
со (омега) — угловая скорость ротора, рад/с
Индексы
i = 1, 2, 3, ... — порядковый номер;
Л, В — обозначение опор ротора;
ст — статический;
м — моментный;
к — корректирующий;
т— технологический;
э— эксплуатационный;
х, у, z — координатные направления
Некоторые математические обозначения
= приблизительно равно;
> больше;
< меньше;
корень и-й степени;
const постоянная величина;
2 сумма;
я = 3,14 отношение длины окружности к диаметру;
sin синус;
cos косинус;
arcsin арксинус;
arccos арккосинус
11
ГЛA BAI
ОСНОВЫ БАЛАНСИРОВОЧНОЙ ТЕХНИКИ
Даны основные понятия балансировочной техники; вве-
дены понятия неуравновешенности и дисбаланса; освещены
вопросы балансировки жестких и гибких роторов, правила вы-
бора норм точности балансировки роторов различных классов;
кратко описано балансировочное оборудование, приспособ-
ления и инструменты, применяемые при выполнении работ.
1.1. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ МЕХАНИКИ
В основе балансировочной техники лежат законы механичес-
кого движения и взаимодействия тел. Механическим движени-
ем тела называют изменение его положения в пространстве от-
носительно других тел с течением времени. Геометрические
свойства движений называют кинематикой; учение о движении
тел под действием сил — динамикой; учение о равновесии тел
под действием сил — статикой. Кинематика. Чтобы задать поло-
жение тела в пространстве, нужно провести через него три
взаимно перпендикулярные оси координат: OX, OY и OZ.
Соответственно этому положение тела или точки в пространст-
ве определяется тремя координатами: х, у, z.
При движении всякая точка тела описывает некоторую ли-
нию “ траекторию точки. По характеру траектории движение
точки может быть прямолинейным и криволинейным. В прямо-
линейном движении точки ее траектория есть прямая, а в кри-
волинейном “ кривая линия.
Перемещения тел происходят по разным направлениям.
Чтобы полностью определить движение тела, условились припи-
сывать направление перемещению. Его изображают направлен-
ным отрезком, снабженным стрелкой, указывающей, в какую
сторону происходит движение по этому направлению. Величи-
ны, определяемые не только своим числовым значением, но и
направлением в пространстве, называют векторными величина-
ми, или векторами. Векторные величины обозначают буквами
со стрелкой над ними. Например^ — вектор перемещения. Мо-
дуль (или длина) вектора перемещения — число, показываю-
щее, скольким единицам длины (метрам, миллиметрам и т. п.)
равно перемещение. Модуль вектора будем обозначать той же
12
буквой, что и сам вектор, но без стрелки над ней. Например,
5 — модуль вектора перемещения st Итак, вектор определяется
своим модулем и направлением в пространстве.
Перемещения S могут происходить с различной скоростью.
В балансировочной технике скорость обозначают буквой .
Единица измерения, скорости — м/с (мм/с). Характеристикой
изменения скорости со временем служит ускорение. Ускорение
обозначают буквой а и измеряют в м/с2.
Основными случаями прямолинейного и криволинейного
движения, изучаемыми в балансировочной технике, являются
колебательное движение и равномерное движение точки по ок-
ружности. При колебаниях тело поочередно смещается то в од-
ну, то в другую сторону, например, колебания маятника или
грузика на пружине. Характерный признак колебаний — пов-
торяемость движения. Минимальный промежуток времени Т,
через который движение тела полностью повторяется, называют
периодом колебаний, а величину, обратную периоду, — частотой
колебаний f - 1/Т.
Единицу частоты обозначают Гц.
Простейшим случаем колебательного движения являются
гармонические колебания. Закон гармонических колебаний
можно записать в виде формулы
S = Sosin cot.
Скорость точки при гармонических колебаниях
v= 50GjcosGjr;
ускорение
а = ~SqCo2 sin со Г.
Величину So — наибольшее отклонение движущейся точки
от начала отсчета — называют амплитудой колебаний, а величи-
ну со — круговой частотой колебаний. Круговая частота со свя-
зана с частотой колебаний / выражением со = 2я/, где я = 3.141.
Единица круговой частоты — радиан в секунду (рад/с).
Кривой перемещения гармонических колебаний является
синусоида, кривой скоростей — косинусоида, а кривой ускоре-
ний — также синусоида, но сдвинутая относительно графика
движения на я.
Пример. Маятник совершает гармонические колебания с амплиту-
дой So = 0,02 мм и частотой f = 20 Гц. Определить максимальное значе-
ние скорости V .
Находим значение круговой частоты w = 2яf = 2 • 3,14 • 20 1/с ==
= 125,6 рад/с. Максимальное значение скорости маятника при гармоничес-
ких колебаниях будет в момент времени t = 0, так как coscot = cos 125,6Х
X 0 = 1. Максимальная скорость равна v = = 0,02 мм- 256 1/с =
= 5,12 мм/с.
Для вычисления амплитуд перемещений, скоростей и уско-
рений при гармонических колебаниях на практике пользуются
13
Рис. 1.1. Номограмма скорости, ускорения и перемещения при гармонических
колебаниях
номограммой (рис. 1.1). По оси абсцисс в логарифмическом
масштабе отложена частота колебаний в герцах. По оси ординат
также в логарифмическом масштабе отложена амплитуда ско-
рости в миллиметрах в секунду (мм/с). Ускорения и перемеще-
ния даны на графике наклонными прямыми. Для нахождения
всех параметров гармонических колебаний достаточно знать
два параметра, например, частоту и перемещение. С помощью
этой номограммы определяют остальные параметры.
Движение точки по окружности можно характеризовать
углом поворота радиуса г . При равномерном движении точ-
ки А по окружности углы поворота радиуса за любые равные
промежутки времени будут одинаковы. Разделив угол поворота
(р на время t, за которое совершен поворот, получим угловую
скорость вращения со = <р ft. Если угол выражен в радианах,
а время t — в секундах, то угловая скорость со измеряется в
радианах в секунду (рад/с).
В отличие от угловой скорости со, скррость, измеряемую
отношением длины пути I ко времени t, называют линейной
скоростью v . Между этими скоростями имеется простая зави-
симость
V = сог.
14
Скорость движения тела по окружности часто выражают
числом оборотов в единицу времени. Угловая скорость w и
число оборотов п (об/с) связаны выражением о? — 2тги. Число
оборотов в единицу времени называют частотой вращения.
При равномерном движении тела по окружности ускорение
в любой ее точке перпендикулярно скорости движения и
направлено к центру окружности. Ускорение а равно а = ы2г .
Пример. Маховик радиусом г = 20 см совершает 50 об • с” 1.
Определить скорость точки на ободе маховика. Угловая скорость точ-
ки равна cj = 2тги = 2 • 3,14 • 50 об • с" 1 = 314 рад/с. Линейная скорость
будет v = ыг = 314 рад • с”1 0,2 м = 62,8 м • с"1.
Динамика. Опыт и наблюдения показывают, что причиной
изменения движения тел является воздействие на них других
тел. Без такого воздействия движение тела не может изменить-
ся и не может появиться ускорение. Явление, при котором тело
сохраняет свою скорость или состояние покоя при компенса-
ции внешних воздействий на тело, называют инерцией (законом
инерции). Каждое тело обладает особым свойством, определяю-
щим отношение его ускорения к ускорению того тела, с кото-
рым оно взаимодействует. Это свойство — инертность тела. Ве-
личиной инертности является масса. Более инертное тело име-
ет большую массу. Единица измерения массы — килограмм
(кг).
Тело массой тх получит ускорение когда на него по-
действует другое тело массой т2. Оно в свою очередь тоже
получит ускорение а2. Обычно вычисляют ускорение лишь од-
ного тела, поэтому влияние другого тела, вызывающего уско-
рение, называют силой, действующей на ускоряемое тело. Так
как ускорение — величина векторная, а вызывается оно силой,
приложенной к телу, то и сила — величина векторная. Если обо-
значить силу, действующую на тело, через ускорение тела че-
рез а , а его массу через т, то можно записать
^=та.
Эта формула выражает математически основной закон ме-
ханики: сила, действующая на тело, равна произведению массы
тела на сообщаемое этой силой ускорение. Единицу силы назы-
вают ньютоном (Н)
1Н= 1 кг • 1 м • с"2 = 1кг-м-с~2.
Взаимный характер действия первого тела на второе пока-
зывает закон равенства действия и противодействия: тела
действуют друг на друга с силами, равными по абсолютному
значению и противоположными по направлению.
При рассмотрении механического движения тел приходится
иметь дело с тремя видами сил: с силой упругости, силой тре-
ния и силой тяжести.
Взаимодействие тел сопровождается изменением формы и
объема тел, т. е. деформациями. Например, нить растягивается,
15
пружина сжимается, балка прогибается. Способность деформи-
роваться является одним из основных свойств всех тел. При де-
формаций тела внутри его возникают силы упругости. В зависи-
мости , от величины деформации и состояния тела после дейст-
вия силы тела разделяют на жесткие, упругие (гибкие) и плас-
тические. У жестких тел деформации очень малы. Деформации
упругих тел возникают вследствие движения одних его частей
относительно других. Сила упругости пропорциональна переме-
щению и определяется уравнением (закон Гука)
F = кх.
Коэффициент пропорциональности к называют коэффициен-
том жесткости, или жесткостью, а величину, обратную жест-
кости, — податливостью. После прекращения действия силы
упругие тела восстанавливают свою первоначальную форму и
объем. В отличие от упругих пластические тела не восстанавли-
вают прежней формы.
Все тела независимо от их массы в данной точке Земли па-
дают с одинаковым ускорением; Величина ускорения обозна-
чается буквой g и приближенно равна 9,81 м/с2. Сила притя-
жения тел к Земле вблизи ее поверхности равна mg и может
считаться постоянной. Отсюда следует, что отношение масс тел
равно отношению их весов. Используя в качестве одного тела
гири, производят взвешивание другого тела. Когда весы урав-
новешены, можно утверждать, что вес тела равен весу гирь. Но
если равны веса тел, то равны и их массы.
Сила трения возникает при непосредственном соприкосно-
веции тел и всегда направлена вдоль поверхности соприкосно-
вения. Если тело находится в покое, то возникает сила трения
покоя. При движении тела действует сила трения скольжения
или трения качения.
Статика. Для практики важно знать условия, при которых
тела находятся в состоянии равновесия. Всякое тело может на-
ходиться в состоянии покоя или двигаться поступательно, вра-
щаться или поворачиваться вокруг какой-нибудь оси. Рассмот-
рим условия равновесия для этих видов движений.
Невращающееся тело будет находиться в равновесии, если
равнодействующая сил, приложенных к телу, равна нулю. Если
силы действуют одновременно и направлены по одной и той же
прямой, то равнодействующая равна алгебраической сумме
этих сил и направлена по той же прямой (рис. 1.2, а). Для того
чтобы тело находилось в состоянии равновесия, если равно-
действующая сила не равна нулю, к нему должна быть прило-
жена добавочная сила, равная по модулю равнодействующей, но
противоположная ей по направлению.
Равнодействующая двух сил, направленных под углом друг
к другу, будет диагональю параллелограмма, построенного на
этих силах. Силы F х и F 2 складываются геометрически по пра-
16
Рис. 1.2. Построения равнодействующей силы
Рис. 1.3. Разложение силы на состав-
ляющие по заданным направлениям
вилу параллелограмма или треугольника. Равнодействующая
Сложение двух сил, приложенных в разных точках тела,
производят следующим образом. Переносят эти силы в точку
пересечения направлений этих сил (рис. 1.2,6). Затем, считая,
что расположенные таким образом силы образуют две стороны
параллелограмма, достраивают параллелограмм и проводят диа-
гональ из точки, где совмещены начала обоих векторов. Эта
диагональ и есть равнодействующая сила F (рис. 1.2, г).
Другой способ сложения двух сил состоит в том, что скла-
дываемые силы Fi и F2 располагают так, чтобы конец одной
из них примыкал к началу другой. Сумма обеих сил — это век-
тор, направленный от начала первого вектора к концу второго
(рис. 1.2, в).
Разложение силы F на составляющие F х, F 2 по заданным
направлениям показано на рис. 1.3, а—г.
Равновесие тела с закрепленной осью вращения основывает-
ся на равновесии рычагов. Условие равновесия рачага сводится
к тому, что произведение силы на расстояние от точки приложе-
ния до оси вращения должно быть одинаково для обеих прило-
женных сил (рис. 1.4, а):
FiOA =F2OB.
Произведение силы на расстояние называют моментом силы.
17
Момент силы положителен, если сила должна была бы вращать
тело по часовой стрелке и наоборот.
Если сила не перпендикулярна к радиусу (рис. 1.4, б), то
длину перпендикуляра ОС, опущенного из оси на направление
силы, называют плечом силы h . Таким образом, момент силы
есть произведение величины силы на плечо, т. е.
M=Fh — FOC—FiOB.
При наличии многих сил моменты этих сил заменяют од-
ним — результирующим моментом, который равен сумме со-
ставляющих моментов сил.
Вращение тела может возникнуть при наличии двух равных
сил, противоположно направленных и не лежащих на одной пря-
мой. Эти силы называют парой сил. Вращающий момент пары
сил равен произведению одной из сил на расстояние между на-
правлениями сил (рис. 1.4, в).
M—FI.
Следовательно, тело, способное вращаться вокруг закреп-
ленной оси, находится в равновесии, если алгебраическая сумма
моментов приложенных к нему сил относительно этой оси рав-
на нулю.
За единицу измерения вращающего момента принимают
момент силы в 1 Н, линия действия которого отстоит от оси
вращения на 1 м. Эту единицу называют ньютон-метром (Н • м).
Свободное тело находится в равновесии под действием трех
параллельных сил в том случае, когда третья сила направлена в
сторону, противоположную первым двум, ее величина равна их
сумме и приложена в точке, делящей расстояние между точка-
ми их приложения в отношении, обратном отношению сил
(рис. 1.5). Условие равновесия имеет вид
^=^1 + ^2 ; F2 : Fl —ОА : ОВ.
Точку приложения равнодействующей сил тяжести называ-
ют центром тяжести тела.
Любое тело можно разбить на отдельные малые частицы
(массы). Распределение малых масс в объеме, занимаемом те-
лом, определяет положение центра масс. Понятие о центре масс
18
Рис. 1.6. Виды равновесия
является более общим, чем понятие о центре тяжести. Оно от-
носится к любым телам и не связано с гравитационным взаимо-
действием. При наличии сил тяжести положения центра масс и
центра тяжести тел совпадают.
Сформулируем общее условие равновесия тела: для того
чтобы тело находилось в равновесии, необходимо, чтобы были
равны нулю равнодействующая приложенных к телу сил и сум-
ма моментов этих сил относительно оси вращения.
Не всякое равновесие тела практически осуществимо. Су-
ществуют три вида равновесия: устойчивое (рис. 1.6, а), неус-
тойчивое (рис. 1.6, б) и безразличное (рис. 1.6, в). Равновесие
тела устойчиво, когда центр тяжести тела занимает наинизшее
возможное положение. Тогда при отклонении в любую сторону
от этого положения центр тяжести будет подниматься, а равно-
действующая сила — возвращать тело обратно. В противном
случае (см. рис. 1.6, б) равнодействующая сила удаляет тело от
этого положения.
Механические колебания. Группу тел, движение которых
изучают, называют в механике системой тел, или просто систе-
мой. Силы, действующие между телами системы называют
внутренними силами. Внешними силами называют силы, дейст-
вующие на тела системы со стороны тел, не входящих в нее.
Под действием внутренних сил после того, как система
была выведена из положения равновесия, возникают свободные
колебания. Примеры свободных колебаний — колебания груза,
повешенного на нити или прикрепленного к пружине. Вынуж-
денные колебания совершаются под действием внешних перио-
дически изменяющихся сил.
Свободные колебания шарика (рис. 1.7) массой т вдоль
горизонтали под действием пружины с жесткостью к относи-
тельно нейтрального положения (точка О) описываются урав-
нением
та = ~кх.
19
Рис. 1.7. Свободные колебания шарика под действием пружины
Рис. 1.8. Амплитудно-частотные характеристики вынужденных колебаний с демп-
фированием:
1 - малое; 2 - среднее; 3 - большое
Разделив левую и правую части уравнения на т, получим
а — ~кх/т.
Постоянную величину у/к/т, зависящую от свойств системы,
обозначают через cj0 •
со о —у/к/т
и называют собственной угловой скоростью тела на пружине. С
течением времени, под действием сил трения, свободные коле-
бания затухают.
Вынужденные колебания происходят с частотой действия
внешней периодической силы. Амплитуда вынужденных коле-
баний со временем не изменяется. Колебания имеют установив-
шийся характер. Если изменять частоту вынужденных колеба-
ний, то при совпадении частоты внешней силы с частотой сво-
бодных колебаний резко возрастет амплитуда колебаний тела.
Такое состояние называют резонансом. Существенное влияние
на резонанс оказывает трение в системе. Чем меньше коэффи-
циент трения или говорят ’’демпфирование”, тем больше
амплитуда вынужденных колебаний при резонансе. На рис. 1.8
резонансной кривой 1 соответствует малое, а кривой 3 —
большое демпфирование.
Вращение тел. Вращение тела с постоянной угловой скоростью
вокруг неподвижной оси можно рассматривать как движе-
ние тела, при котором две его точки А нВ неподвижно закреп-
лены (рис. 1.9), т. е. связаны с основанием. Связь, осуществля-
емая двумя неподвижными точками А и В, эквивалентна двум
реакциям, приложенным в этих точках. Обозначим эти реакции
черези^.
В жестком теле центр масс сечения массой в общем слу-
чае, смещен относительно оси вращения на расстояние ОС
20
Рис. 1.9. Вращение тела
вокруг неподвижной оси
Рис. 1.10. Движение центра масс:
а — жесткое тело; б — упругое тело
(рис. 1.10, а). Точка С движется по окружности радиусом г =
= б*С с угловой скоростью со и угловым ускорением а = гео2.
Считая массу mi сосредоточенной в точке С, по основному
закону динамики получим уравнение центробежной силы
= т z co2 5*С .
При вращении упругого тела с угловой скоростью со воз-
никнет изгиб оси АВ (рис. 1.9). Центробежная сила в попереч-
ном сечении упругого тела (рис. 1.10, б).
/7 = т,ш2 (О? + бЪ')—тц^2О^С.
Расстояние 00’ называют прогибом тела в z-м сечении.
Сила относительно центра масс тела О создает момент
силы равный произведению силы на расстояние от точки
приложения силы до центра масс тела:
Равнодействующую всех сил, приложенную к центру масс
тела, называют главным вектором сил (Ж. Результирующий
момент называют главным моментом сил (М£ ).
Условие равновесия тела, вращающегося вокруг неподвиж-
ной оси с постоянной угловой скоростью», определяется следую-
щими уравнениями:
= ^А + ^5 + ЁвЕв.
В динамике твердого тела играют большую роль величины,
характеризующие распределение масс в теле, которые носят
названия моментов. Различают моменты первой, второй и более
высоких стёпеней.
Момент первой степени называют статическим моментом.
Статический, момент S относительно центра О равен произве-
дению массы тела на радиус-вектор центра масс :
S>=mr.
21
Если центр О совпадает с центром масс, то статический мо-
мент обращается в нуль. Единица измерения статического мо-
мента— 1 кг • м.
Из моментов второй степени наиболее часто используют
в практике осевые моменты инерции. Момент инерции обозна-
чают буквой J с индексом, указывающим, относительно какой
оси он определяется. Например, Jx — момент инерции относи-
теьно оси х. Единица измерения момента инерции — 1 кг • м2.
Для тел вращения, симметричных относительно продоль-
ной оси OZ, момент инерции Iz называют аксиальным момен-
том инерции, а момент инерции Jx равен Jy — экваториальным
моментом инерции.
Моменты инерции простых тел (цилиндр, стержень и т. п.)
достаточно точно определяют расчетным путем. Например, ак-
сиальный момент инерции диска Jz = mR 2 /2, где т — масса дис-
ка, R — его радиус.
В каждом теле можно выделить три взаимно перпендику-
лярные оси, проходящие через центр масс, относительно кото-
рых осевые моменты инерции имеют наименьшие значения. Эти
оси называют главными центральными осями инерции тела. Мо-
менты инерции сложных тел находят опытным путем.
Если ось вращения является главной центральной осью
инерции тела, то отсутствует динамическое давление на ось
вращения и реакции Рд — Fr = 0. В этом случае говорят, что
вращающееся тело уравновешено.
Свободное тело совершает вращательное движение вокруг
одной из главных центральных осей инерции.
При вращении неуравновешенного тела возможны три слу-
чая: 1. Центр масс тела не лежит на оси вращения, но ось враще-
ния — главная ось. Динамические реакции представляют собой
параллельные силы гд и , уравновешивающиеся с главным
вектором сил, который можно представить в виде
= та)2 дд}
здесь т — масса тела; о£ — радиус-вектор центра массы, зна-
чение которого равно расстоянию от оси вращения АВ до цент-
ра масс.
2. Центр масс тела лежит на оси вращения, но ось вращения
не является главной осью и составляет с этой осью вектор-угол
0*. Динамические реакции приводятся к паре сил Рд — — Fr
и уравновешиваются с главным моментом сил. Главный
момент сил определяется уравнением
=2~- A)w2sin2^‘
3. В общем случае реакции опорА и В приводятся к главно-
му вектору и паре сил.
22
Рис. 1.11. Прогиб вала с диском под
действием силы F
Рис. 1.12. Собственные формы изгиба
вала: *
а — первая; б - вторая; в — третья
Определение и устранение радиуса-вектора О С ивектора-уг-
ла 0 составляет7задачу уравновешивания твердых тел вращения.
Динамику упругого тела рассмотрим на простом примере.
Тонкий вал с диском массой т, расположенном посередине ваг
ла между опорами А и В (рис. 1.11), вращается с постоянной
угловой скоростью cj . Под действием центробежной силы F =
= тсо2 (ОС + у) вал прогнется на величину у. Возникнет сила
упругости Fr, пропорциональная величине деформации у: Fr =
= ку. Сила Fr направлена от центра диска О в сторону прямой
АВ. Диск и вал действуют друг на друга с силами, равными по
абсолютному значению и противоположными по направлению,
сл едовательно,
тсо2 (ОС + у) = ку.
Отсюда находим прогиб вала в сечении диска:
у~тсо2ОС! (к~тсо2).
Угловую скорость, при которой знаменатель обращается в
нуль, а прогиб делается бесконечно большим, называют крити-
ческой угловой скоростью и обозначают а?кр:
Сл) кр ~ к/т.
Критическая угловая скорость вращения совпадает с круго-
вой частотой собственных колебаний вала с диском, т. е. сокр —
- со о. Форма изгиба вала на критической скорости соответству-
ет форме изгиба при резонансе.
В общем случае упругие тела имеют несколько критичес-
ких угловых скоростей вращения. Каждая критическая ско-
рость имеет свою собственную форму изгиба. Собственная фор-
ма может быть первой, второй, ... и-й (рис. 1.12).
При вращении упругих тел вокруг неподвижной оси возни-
23
кают значительные реакции опор и прогибы вала, превышаю-
щие реакции аналогичного жесткого тела.
Определение и устранение реакций опор и прогибов вала
составляют задачу уравновешивания упругих тел вращения.
1.2. НЕУРАВНОВЕШЕННОСТЬ И ДИСБАЛАНС
В балансировочной технике все тела, которые при враще-
нии удерживаются своими несущими поверхностями в опорах,
называют роторами.
Под несущими поверхностями имеют в виду поверхности
цапф или заменяющие их поверхности. Прямую, соединяющую
центры цапф, называют осью ротора, или геометрической осью.
Несущие поверхности ротора передают нагрузки на опоры через
подшипники качения или скольжения. В технике используют
подшипники скольжения с твердой, жидкой, консистентной и
другими видами смазок, а также шариковые и роликовые под-
шипники, в которых имеет место в основном трение качения.
Подшипники скольжения состоят из вкладыша и корпуса,
который опирается на фундамент или корпус машины. Под-
шипники качения устанавливают в подшипниковом узле, а
сам узел закрепляют на фундаментной стойке или в корпусе
машины. Роторы опираются на две, три и более опор.
В зависимости от соотношения между максимальной экс-
плуатационной частотой вращения и. критической частотой,
значения прогибов ротора на рабочих частотах роторы делят на
классы: жесткие, квазигибкие и гибкие.
У жестких роторов эксплуатационная частота вращения на-
много ниже критической частоты, а изгиб оси незначительный.
Гибкие и квазигибкие роторы работают вблизи критических
частот и имеют на рабочей частоте вращения существенные де-
формации. Деформации возникают как от действия центробеж-
ных сил и моментов, так и от сил тяжести. Такие роторы теря-
ют свойства жестких тел — становятся упругодеформируе-
мыми.
По характеру распределения масс роторы делят на межопор-
ные (рис. 1.13, а). консольные (рис. 1.13, б) и двухконсольные
(рис. 1.13, в).
Неуравновешенность. Изготовление цапф, деталей ротора и
сборка ротора всегда выполняются с погрешностями относи-
тельно геометрической оси. В общем случае центры масс дета-
лей не лежат на этой оси, главная центральная ось инерции не
совпадает с осью ротора. В жестких опорах ротор вращается
вокруг своей геометрической оси. Возникают динамические наг
грузки на опорах и изгиб ротора. Такое состояние ротора на-
зывают неуравновешенностью ротора.
24
Рис. 1.13. Типы роторов
Рис. 1.14. Виды неуравновешенности
роторов
Неуравновешенность жесткого ротора бывает статическая,
моментная, динамическая и квазистатическая.
Статическая неуравновешенность (рис. 1.14, а) опреде-
ляется параллельным смещением оси ротора относительно его
главной центрально^ оси инерции. Центр масс ротора отстоит от
оси на расстоянии еа. Этот радиус-вектор называют эксцентри-
ситетом массы ротора. Эксцентриситет принято измерять в
микрометрах (мкм). ‘
Моментная неуравновешенность будет при пересечении осей
в центре масс ротора (рис. 1.14, б). Пересекающиеся оси обра-
зуют вектор-угол Значение угла в для неуравновешенных
роторов не превышает 1°. Направление вектора-угла определя-
ет плоскость, в которой лежат пересекающиеся оси. Для векто-
ров малых углов с достаточной точностью можно применять
правила векторной алгебры (сложение векторов, умножение
вектора на скаляр и т. п.).
Динамическая неуравновешенность возникает, ^согда ось
ротора и его главная центральная ось инерции перекрещивают-
ся (рис. 1.14, в).
Пересечение осей не в центре масс образует квазистатичес-
кую неуравновешенность.
Состояние гибкого ротора, характеризующееся таким рас-
пределением масс, которое во время вращения вызывает де-
формации ротора, характерные для и-й собствённой формы, на-
зывают неуравновешенностью по п-й форме изгиба.
Дисбаланс. При вращении неуравновешенного ротора с по-
стоянной угловой скоростью со в каждом поперечном сечении
массой mt возникает центробежная сила
F\ = m iejbo 2 .
25
180°
180°
Рис. 1.15. Движение центра масс неуравно-
вешенного ротора
Рис. 1.16. Вектор дисбаланса в
полярных координатах
Рассматриваемой массой может являться масса ротора или
любая другая локально расположенная масса т, находящаяся
на расстоянии г от оси вращения (рис. 1.15).
Все роторы с равными произведениями (илитг) при
одинаковой угловой скорости вращения имеют одинаковую
центробежную силу, а выражение
тг = Ё?
называют дисбалансом. Единицей дисбаланса служит грамм-
миллиметр (г • мм).
Пример. Определить дисбаланс и центробежную силу шлифоваль-
ного круга массой 10 кг и эксцентриситетом 0,1 мм при 3000 об/мин.
Дисбаланс
D = те = 10 • 1000 г • 0,1 мм = 1600 г • мм.
Центробежная сила
3000 2 1
F = тем2 = 10 кг • 0,1 • 10" 3 м( --) -= 100 Н.
9,55 с*
Как всякий вектор, дисбаланс определяется числовым зна-
чением и углом, определяющим положение вектора дисбаланса
в системе координат, связанной с ротором. Угол дисбаланса
обозначают буквой . Для наблюдателя центробежная сила и
дисбаланс вращаются. Для ротора они неподвижны и являются
для него статической нагрузкой. Это сводит проблему к реше-
нию задач статики.
Дисбаланс изображают как вектор в полярных координатах
(рис. 1.16). Координатную систему можно представить как
проекцию полярных координат на торце ротора. Центр нахо-
дится на оси вращения (геометрической оси) ? Нулевую точку
угловой системы координат выбирают произвольно. Длина век-
тора пропорциональна значению дисбаланса, а угол — направле-
нию.
26
Рис. 1.17. Векторы дисбалансу 3000 Рис. 1.18. Пример построения главного
гмм под углом 45° вектора дисбалансов ротора
Пример. Построить вектор дисбаланса шлифовального круга массой
10 кг и эксцентриситетом 0,3 мм, направленный под углом 45° . Значение
дисбаланса
D = те — 10 • 1000 г ♦ 0,3 мм — 3000 г • мм.
Угол дисбаланса равен 45° . Примем масштаб: 1000 г • мм в 1 см. Дли-
на вектора дисбаланса равна
3000 г • мм/1000 г • мм/см = 3 см.
В полярных координатах отложим отрезок длиной 3 см под углом
45° и получим вектор дисбаланса (рис. 1.17).
В плоскости, в которой задают или измеряют значение и
угол дисбаланса, дисбаланс можно раскладывать на составляю-
щие по выбранным направлениям или находить результирую-
щее значение, если в этой плоскости находится несколько не-
уравновешенных масс.
Сумму всех векторов дисбалансов, расположенных в раз-
личных плоскостях, перпендикулярных оси ротора, называют
главным вектором дисбалансов и обозначают Рет. Главный век-
тор дисбалансов ротора
Вектор перпендикулярен оси ротора, проходит через его
центр масс неравен произведению массы ротора mQ на ее экс-
центриситет вот, т. е.
^сг ““ о е ст
Отношение модуля главного вектора к массе ротора назы-
вают удельным дисбалансом (с ст). Единица измерения удельно-
го дисбаланса — грамм-миллиметр на килограмм (г • мм/кг).
Главный вектор дисбалансов полностью определяет статичес-
кую неуравновешенность жесткого ротора.
Пример построения главного вектора дисбалансов ротора,
имеющего дисбалансы в плоскостях 1 и 2, приведен на рис. 1.18.
27
Дисбаланс в плоскости 1 равен 540 г • мм и направлен под уг-
лом 330°. Дисбаланс в плоскости 2 равен 340 г • мм и направ-
лен под углом 45°. Построение 2?^ выполнено по правилу па-
раллелограмма в масштабе —200 г. мм в 1 см. За нулевую точ-
ку угловой системы координат принята верхняя точка. В ре-
зультате получено значение Z>CT = 700 г • мм и угол = 0 .
Главный вектор дисбалансов по правилам статики можно
разложить на два параллельных вектора, лежащих в параллель-
ных плоскостях, перпендикулярных оси ротора, т. е. заменить
его составляющими ^ст1 и /Тот 2, которые находятся по фор-
мулам:
1 J » ^СТ 2 ^ст >
здесь li и 12 г- расстояние от центра масс до плоскостей 1 и 2,
в которые разлагается 2?ст а I — расстояние между этими плос-
костями.
Геометрическую сумму моментов всех дисбалансов ротора
относительно его центра масс называют главным моментом дис-
балансов и обозначают Главный момент дисбалансов ро-
тора
+ ... +
Вектор A?D перпендикулярен оси ротора, проходит через его
центр масс и равен центробежному моменту инерции жесткого
ротора, т. е.
~ (Jx - Jz) 2(Г
2
Единица измерения главного момента дисбалансов — грамм-
миллиметр в квадрате (г • мм2).
Главный момент дисбалансов полностью определяет мо-
ментную неуравновешенность жесткого ротора.
В качестве примера построим главный момент дисбалансов
ротора, изображенного на рис. 1.18. Длина ротора 800 мм.
По правилам статики момент дисбаланса равен произведению
дисбаланса на расстояние от точки приложения дисбаланса до
центра масс. Момент = Dyli = 540 г • ь^м • 400 мм= 216 X
X 103 г • мм2 положителен, перпендикулярен плоскости, прохо-
дящей через ось ротора и вектор ztj, и направлен под углом
240°. МоментМ2 - D2l2 = 340 г • мм • 400 мм= 136-103 г-мм2
отрицателен, перпендикулярен плоскости, проходящей через
ось ротора и вектор D2, и направлен под углом 135°. Построе-
ние главного момента дисбалансов выполнено по правилу тре-
28
Рис. 1.19. Пример построения главного момента дисбалан-
сов ротора
угольника в масштабе — 50 • 103 г • мм2 в
1 см (рис. 1.19). В результате получено
значение Мп = 220 • 103 г • мм2 и угол
= 204°.
~ м
0° 0° 0°
Рис. 1.20. Корректировка масс
Главный момент дисбалансов роторд может быть заменен
моментом пары равных по значению антипараллельных дисба-
лансов расположенных в двух произвольных плоскостях,
перпендикулярных оси ротора. Момент пары равен произведе-
нию одного из дисбалансов указанной пары на плечо этой пары:
Вектор 7?м перпендикулярен плоскости, проходящей через
ось ротора и вектор .
В практике трудоемкие и малоточные графические построе-
ния заменяют расчетом на аналоговых или электронно-вычис-
лительных машинах.
Для уменьшения дисбалансов ротора производят корректи-
ровку масс. Например, на линии действия дисбаланса на радиу-
се гк П°Д углом 180° к дисбалансу (рис. 1.20) устанавливают
такую корректирующую массу тк, чтобы произведение этой
массы на радиус ее постановки было равно значению дисбаланса,
т. е.
Корректировку масс проводят в одной или нескольких точ-
ках одной плоскости коррекции либо в нескольких параллель-
ных плоскостях коррекции одновременно или последовательно
29
в каждой плоскости. Корректировку масс осуществляют уда-
лением, добавлением или перемещением масс ротора.
Пример. Дисбаланс неуравновешенного ротора в плоскости коррек-
ции составляет 1500 г мм.
Определить значение корректирующей массы при г к = 200 мм. Зна-
чение корректирующей массы определяем по формуле
D 1500 г • мм _
/и к =--— ---г-
гк 200 мм.
Дисбалансы ротора до корректировки масс называют на-
чальными дисбалансами, а дисбалансы, которые остаются после
корректировки масс, называют остаточными дисбалансами ро-
тора.
При сборке ротора из деталей (шкивов, подшипников, вен-
тиляторов и т. п.), которые имеют собственные дисбалансы
из-за биений посадочных поверхностей, радиальных зазоров и
других причин, возникают технологические дисбалансы. Напри-
мер, при монтаже на сбалансированный вал шкива массой
3 кг с зазором в посадке 0,03 мм возникает технологический
дисбаланс DT = 3 • 1000 г • 0,015 мм= 45 г • мм.
Во время эксплуатации машины возникают эксплуатацион-
ные дисбалансы. Эти дисбалансы обусловлены упругими и плас-
тическими деформациями ротора, износом деталей, действием
гидродинамических, газовых или электромагнитных сил на ро-
тор и другими причинами. Наиболее интенсивное увеличение
дисбалансов происходит в процессе приработки машины и в
конце технического ресурса ротора.
Сумму остаточных, технологических и эксплуатационных
дисбалансов в плоскостях коррекции ротора в конце техничес-
кого ресурса машины или перед ее капитальным ремонтом на-
зывают функциональными дисбалансами. Значение функцио-
нальных дисбалансов, при которых не нарушается работоспо-
собность изделия, устанавливают при проектировании и довод-
ке вновь разрабатываемых изделий.
Балансировка. Процесс определения значений и углов дис-
балансов ротора и уменьшения их корректировкой масс назы-
вают балансировкой ротора. Балансировка бывает статическая,
моментная и динамическая.
При статической балансировке определяют и уменьшают
главный вектор дисбалансов обычно в одной пл со кости кор-
рекции, проходящей через центр масс. Статическую неуравнове-
шенность можно определить без вращения детали с помощью
сил тяжести. Моментная балансировка уменьшает главный мо-
мент дисбалансов ротора. Она требует вращения детали и обя-
зательно двух плоскостей коррекции. Динамическую неуравно-
вешенность устраняют динамической балансировкой в двух
плоскостях коррекции на низких или высоких частотах враще-
ния.
Жесткий ротор можно полностью сбалансировать в двух
30
произвольных плоскостях коррекции на любой частоте вра-
щения.
Квазигибкие роторы балансируют на низких частотах вра-
щения, значительно меньше эксплуатационных. На такой часто-
те балансируемый ротор еще можно рассматривать как жесткий.
Низкочастотную балансировку проводят обычно более чем
в двух плоскостях коррекции.
Гибкие роторы балансируют на высоких частотах вращения,
при которых ротор становится упруго деформируемым. Выбор
частот вращения для балансировки, количества плоскостей кор-
рекции зависит от многих факторов, в числе которых в первую
очередь — наличие критических скоростей в рабочем диапазоне
частот вращения.
Балансировке подвергают-детали, роторы, роторы в собст-
венных подшипниках и опорах, роторы в сборе на месте уста-
новки.
1.3. ТОЧНОСТЬ БАЛАНСИРОВКИ
Основным источником вибраций машин является неурав-
новешенность роторов. Кроме дисбалансов вибрации могут вы-
зывать: а) подшипники качения; б) несоосность соединяемых
роторов; в) процессы горения, движения жидкости и газа,
электромагнитные явления, происходящие в работающей ма-
шине, и другие причины.
С целью обеспечения высокого технического ресурса, на-
дежности, уменьшения шума и вибраций устанавливают пре-
дельно допустимые вибрации для машин и механизмов различ-
ных классов. Например, допустимое эффективное значение виб-
роскорости электродвигателя мощностью до 15 кВт составляет
1,12 мм • с~1, а стационарной газовой турбины равно 4,5 мм • с~1.
Уровни вибраций машин в эксплуатационных условиях слу-
жат критерием сбалансированности роторов. Чем ниже вибра-
ции машины, тем выше точность балансировки роторов.
Точность балансировки жестких роторов. Точность баланси-
ровки жестких роторов характеризуется произведением удель-
ного дисбаланса на наибольшую частоту вращения ротора в экс-
плуатационных условиях. Весь диапазон точности балансировки
ГОСТ 22061—76 „Машины и технологическое оборудование.
Система классов точности балансировки. Основные положения”
разделяет на 11 классов точности (таб. 1.1). Расположение по-
лей классов точности балансировки показано на рис. 1.21, где
границы классов показаны сплошными линиями. По оси орди-
нат отложены значения удельного дисбаланса в г • мм/кг в
мкм). По оси абсцисс отложены значения максимальной экс-
плуатационной частоты вращения ротора в об • мин-1 (об • с-1).
31
Рис. 1.21. Расположение полей клас-
сов точности балансировки для жест-
ких роторов изделий
Таблица 1.1
Система классов точности
балансировки
Класс точности баланси- ровки Значение произведения удельного дисбаланса (ест) на максимальную эксплуа- тационную угловую ско- рость вращения _{о>Эмакс) ест^эмакс> мм * с
наименьшее наибольшее
1 0,16 0,40
2 0,40 1,00
3 1,00 2,50
4 2,50 6,30
5 6,30 16,00
6 16,00 40,00
7 40,00 100,00
8 100,00 250,00
9 250,00 630,00
10 630,00 1600,00
11 1600,00 4000,00
Стандарт устанавливает верхнее и нижнее значения главно-
го вектора допустимых дисбалансов. Расчет значений главного
вектора допустимых дисбалансов проводят по формулам:
^стдоп ^о^сттабл ^стэ
для ротора, балансируемого в изделии в сборе с учетом экс-
плуатационного дисбаланса/^стэ*,
В ст доп ^о^сттабл ^стт ^стэ
для ротора, балансируемого в виде отдельной детали с учетом
технологического Z>CTT и эксплуатационного Z>CT3 дисбалансов.
Табличное значение удельного дисбаланса е сгтабл определя-
ют для данного собранного изделия по верхней и нижней гра-
нице установленного класса точности балансировки и макси-
мальной эксплуатационной частоте вращения его ротора.
Значения главных векторов технологических и эксплуата-
ционных дисбалансов определяют при исследовательских, пред-
варительных и ресурсных испытаниях опытных образцов и
опытных серий изделий.
При проектировании изделия класс точности для него выби-
рают предварительно. После экспериментальных исследований
32
опытных образцов устанавливают окончательно класс точности
балансировки, при котором не нарушается работоспособность
изделия.
Роторы изделий, отнесенные к 1-му классу точности балан-
сировки, следует балансировать в своих подшипниках в собст-
венном корпусе при соблюдении всех условий эксплуатации.
Балансировка по 2-му классу точности допускает применение
специального привода. А роторы изделий, отнесенных к 3—11-му
классам точности балансировки, разрешается балансировать в
виде деталей или сборочных единиц.
В системе классов точности балансировки предусмотрено,
что основное действие на опоры ротора оказывает статическая
неуравновешенность. Однако для некоторых типов роторов
(например, абразивный круг) ббльшие усилия на опоры созда-
ет моментная неуравновешенность. Для таких роторов прово-
дят статическую и моментную балансировку.
Значение главного момента допустимых дисбалансов можно
установить по формуле
доп ~ ^стдоп^ а >
где La ~~ расстояние от центра масс ротора до ближайшей
опоры А.
Моментную и динамическую балансировку роторов прово-
дят в двух плоскостях коррекции. Значения допустимых дис-
балансов в каждой из двух плоскостей коррекции 1 и 2 рассчи-
тывают по правилам статики, заменяя доп или MD доп состав-
ляющими Dx и Z>2, лежащими в заданных плоскостях коррек-
ции.
Произведем расчет допустимых дисбалансов ротора. Ротор
изделия имеет массу mQ - 500 кг, максимальную эксплуата-
ционную частоту вращения «эмакс = 50 об • с'1. Технологичес-
кие дисбалансы составляют Z)CTT = 5250 г • мм, эксплуатацион-
ные дисбалансы за технический ресурс могут достигать 20%
от табличного удельного дисбаланса.
Расстояние от опоры А до центра масс LA = 300 мм, до
плоскостей коррекции 1 и 2 = 100 мм, 12 = 700 мм. Класс
точности балансировки 4-й.
1. По рис. 1.21 ..для 4-го класса точности балансировки нахо-
дим табличный допустимый удельный дисбаланс
е сгтабл “ 20 мкм = 0,02 мм.
2. Ротор будем балансировать как отдельную деталь.
Для этого случая применима формула
В ст доп “^?оесттабл ~~^стт —^стэ*
Определим слагаемые этой формулы:
^о^сттабл “500 • 103 • 0,02 =10 • 103 г • мм;
2 Зак. 2219
33
£>стэ ~ 0,2m ое ст табл —0,2 • 10 • 103 = 2000 г • мм.
Следовательно,
£>стдоп = Ю • Ю3 - 5250 - 2000 = 2750 г • мм.
3. Верхнее значение допустимых дисбалансов в плоскос-
тях коррекции находим по формулам:
ГЛ -Г» 12 ~La 700- 300
^1допверхн В ст доп , _7 2750 1833 Г • ММ,
*2 ' "и— 1UU
п -г. L A ~l\ 300 — 100 _Q1„
^2допверхн ^стдоп 2750 ?qq _ 917 г • мм.
Нижние значения допустимых дисбалансов в плоскостях
коррекции меньше верхних значений в 2,5 раза, т. е.
D 1 допнижн “^1 доп верхи/2 >5 “1833/2,5 ~733 Г • MMj
£>2 допнижн 7^2 доп верхи/2,5 917/2,5 367 г • мм.
Оценка качества балансировки гибких роторов. Целью ба-
лансировки гибких роторов является достижение такого зна-
чения составляющих вибраций с частотой, равной частоте вра-
щения ротора, при которых вибрации каждой из опор подшип-
ников агрегата при его работе на холостом ходу будут удов-
летворять действующим нормативам.
Балансировка гибких роторов существенно отличается от
балансировки жестких роторов. Если при балансировке жестких
роторов ставится задача устранения динамических реакций на
опорах, то при балансировке гибких роторов требуется допол-
нительно устранить динамический прогиб ротора.
Балансировочный критерий, определяющий предельно до-
пустимое значение виброскорости оцор балансировочного стан-
ка в рабочем диапазоне частот вращения ротора v g, находим по
формуле
V6 -е0С1С2СзУэ-
Значения коэффициентов с0, с2, с3 устанавливают на
основании статических данных и результатов специальных
вибрационных исследований на стендах и на месте установки
для каждого типа ротора. Допустимое среднее квадратическое
значение виброскорости опор агрегата при его эксплуатации
v3 устанавливается стандартами.
Пример. Рабочая частота вращения ротора турбины составляет 50 об X
X с" 1 . Допустимая виброскорость на месте установки v3 = 2,8 мм • с" 1.
Места измерения вибраций — опоры станка. Поправочные коэффициенты:
с0 =0,64; с. =0,7;
для опор с2 = сл =1. Найти балансировочный критерий. Балансиро-
вочный критерий будет vg = 0,64 • 0,7 ♦ 1 • 1 • 2.8 = 1,26 мм • с~1 .
34
При оценке допустимых дисбалансов в заданных плоскос-
тях коррекции гибких роторов вводят понятие эквивалентно-
го жесткого ротора. Эквивалентный жесткий ротор — ротор той
же массы, размеров, частоты вращения и классов точности ба-
лансировки, что и жесткий ротор. Жесткость эквивалентного
жесткого ротора вдвое больше жесткости подшипника, а пер-
вая критическая скорость в 1,25 раза выше рабочей скорости.
Допустимое значение дисбаланса по и-й форме изгиба выра-
жается в процентах от допустимого дисбаланса, рекомендован-
ного для эквивалентного жесткого ротора по ГОСТ 22061—76.
Для роторов с неуравновешенностью по 1-й форме изгиба допус-
тимый дисбаланс не должен превышать 60%. Для роторов с не-
уравновешенностью по 1-й и 2-й формам допустимый дисбаланс
не должен превышать следующих пределов:
допустимое значение дисбаланса по 1-й форме изгиба не бо-
лее 100%;
допустимое значение дисбаланса по 2-й форме изгиба не
более 60%. /
Приведенные значения допустимых дисбалансов в плоскос-
тях коррекции гибких роторов относятся к диапазону рабочих
частот вращения, отстроенному от любой критической частоты
вращения на ± 10%.
Допустимые дисбалансы квазигибких роторов. Квазигиб-
кие роторы являются упругодеформируемыми телами, но мо-
гут быть сбалансированы методами балансировки жестких ро-
торов, если начальные дисбалансы роторов в сборе не превы-
шают определенных пределов; в других случаях требуется вы-
сокочастотная балансировка.
Для роторов с известным распределением дисбаланса: в
одном, двух или нескольких поперечных сечениях — допус-
тимый дисбаланс не должен превышать допустимого дис-
баланса эквивалентного жесткого ротора в соответствии с
ГОСТ 22061-76.
Для роторов с неизвестным распределением дисбаланса до-
полнительно нормируют дисбалансы каждой детали и начальный
дисбаланс ротора в сборе. Допустимый дисбаланс каждой де-
тали не должен превышать меньшего из следующих параметров:
допустимого начального дисбаланса ротора в сборе, делен-
ного на утроенное значение количества деталей (составных эле-
ментов) ;
допустимого дисбаланса собранного ротора, например, если
ротор компрессора состоит из 6 дисков, а допустимый дисба-
ланс ротора в каждой из дцух плоскостей коррекции не более
100 г • мм, то начальный дисбаланс собранного ротора в плос-
кости коррекции не должен превышать 1800 г • мм и допусти-
мый дисбаланс каждого диска— 100 г • мм.
2*
35
1.4. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА БАЛАНСИРОВКИ
Методы балансировки. Методы балансировки классифици-
руют по ряду признаков:
по назначению — балансировка деталей, жестких, квазигиб-
ких и гибких роторов в сборе, роторов на месте установки;
по частоте вращения ротора при балансировке — без враще-
ния детали, низкочастотная и высокочастотная балансировка;
по числу плоскостей коррекции — одно, двух- и многоплос-
костная балансировка;
по измеряемому параметру при балансировке — с измере-
нием амплитуды, фазы, амплитуды и фазы перемещения, виб-
роскорости, виброускорения, усилия в опорах, напряжений в
роторе;
по числу измеряемых параметров при балансировке — один,
два, более двух параметров;
по способу корректировки масс — добавлением, уменьше-
нием или перемещением корректирующих масс;
по способу нахождения зависимости дисбалансов в плос-
костях коррекции от измеряемых параметров — эксперимен-
тальный (метод пробных пусков), расчетный, эксперименталь-
но-расчетный.
К методам балансировки деталей относится статическая ба-
лансировка без вращения детали и динамическая низкочастот-
ная балансировка в одной или двух плоскостях коррекции.
Основными методами балансировки жестких роторов в сбо-
ре являются методы низкочастотной динамической балансиров-
ки в одной или двух плоскостях коррекции. При этом на по-
стоянной частоте вращения в диапазоне от 7,5 с-1 до 60 с"1 из-
меряют амплитуды и фазы виброскорости или усилия в двух
опорах ротора. Зависимости дисбалансов в плоскостях кор-
рекции от измеряемых параметров устанавливают методом
пробных пусков или путем предварительного расчета.
Методы низкочастотной балансировки квазигибких рото-
ров отличаются от методов низкочастотной балансировки жест-
ких роторов тем, что дисбалансы в плоскостях коррекции уста-
навливают по определенному закону. Для роторов с извест-
ным распределением дисбалансов применяют методы баланси-
ровки по главному вектору и главному моменту. При этом ис-
пользуют две или три плоскости коррекции. Роторы с неиз-
вестным распределением дисбалансов балансируют во многих
плоскостях коррекции, распределяя корректирующие массы
по длине ротора пропорционально, смещению оси ротора отно-
сительно главной центральной оси инерции или другому закону.
Методы балансировки гибких роторов требуют высокой
частоты вращения, многих плоскостей коррекции и измерения
перемещений ротора в нескольких сечениях и вибраций опор.
Зависимости дисбалансов в плоскостях коррекции находят экс-
36
периментальным и экспериментально-расчетным способами.
Для достижения 1-го и 2-го классов точности балансировки
жестких и квазигибких роторов применяют методч высокочас-
тотной балансировки роторов на месте установки. Как правило,
балансировку проводят в одной или двух плоскостях коррек-
ции методом пробных пусков по измерениям амплитуд вибра-
ций корпуса или опорных стоек. Высокочастотную балансиров-
ку гибких роторов на месте установки выполняют эксперимен-
тально-расчетными методами.
Совершенство метода балансировки определяется значени-
ем достижимого остаточного дисбаланса в плоскости коррек-
ции, коэффициентом уменьшения дисбаланса за одну коррек-
тировку масс и продолжительностью балансировки.
Выбор метода балансировки зависит от технических требо-
ваний на балансировку, организационных и экономических ус-
ловий данного производства. Метод балансировки выбирают на
стадии проектирования ротора, доводочных испытаниях и тех-
нологической подготовки производства.
Средства балансировки. Средства балансировки разделя-
ют на:
технологическое оборудование (в том числе контрольное и
испытательное);
технологическую оснастку (в том числе инструменты и
средства контроля);
средства механизации и автоматизации производственных
процессов.
К технологическому оборудованию для реализации процес-
са балансировки относят: балансировочные и металлорежущие
станки и другое оборудование.
Балансировочный станок — станок, с помощью которого
определяют и уменьшают дисбалансы ротора, их классифициру-
ют по следующим признакам:
по назначению — для статической и динамической баланси-
ровки;
по режиму работы — дорезонансные, зарезонансные и резо-
нансные;
по виду привода вращения балансируемого ротора — с при-
водным валом, приводным ремнем, собственным приводом из-
делия;
по оснащенности средствами корректировки масс — снаб-
женные средствами корректировки масс, измерительные;
по уровню автоматизации — с ручным управлением, полуав-
томаты, автоматы и автоматические линии станков;
по паспортному порогу чувствительности — нормальной и
повышенной точности.
На станке для статической балансировки можно определить
главный вектор дисбалансов ротора: 1) при помощи силы
тяжести на невращающемся роторе; 2) на вращающемся рото-
37
Рис. 1.22. Внешний вид станка для
статической балансировки с помощью
силы тяжести
Рис. 1.23. Внешний вид станка для ста-
тической балансировки в динамичесКЪм
режиме
ре (в динамическом режиме) • На станках первого типа ось не-
уравновешенного ротора под действием сил тяжести переме-
щается относительно неподвижной точки, оси и т. п. или ротор
поворачивается вокруг своей оси (рис. 1.22). Станки для стати-
ческой балансировки в динамическом режиме аналогичны стан-
кам для динамической балансировки (рис. 1.23).
На станках для динамической балансировки неуравновешен-
ный ротор вращается с постоянной частотой в специальных опо-
рах (рис. 1.24). В зависимости от режима работы вращение
происходит вокруг главной центральной оси инерции ротора
(зарезонансный станок) или оси ротора (дорезонансный ста-
нок) .
Рис. 1.24. Внешний вид станка для динамической низкочастотной балансировки
38
Рис. 1.25. Камера разгонно-балансиро-
вочного стенда
Рис. 1.26. Балансировочный комплект
На дорезонансных станках измеряют динамические усилия в
опорах и по законам статики находят дисбалансы в плоскостях
коррекции несбалансированного ротора. На зарезонансных
станках измеряют вибрации опор и экспериментально устанав-
ливают связь вибраций опор с дисбалансами в плоскостях кор-
рекции ротора.
Высокочастотные станки для динамической балансировки
(рис. 1.25), называемые разгонно-балансировочными стенда-
ми, оборудованы бесконтактными датчиками для измерения
перемещений вращающегося ротора в нескольких сечениях.
Станки для динамической балансировки имеют индикаторы
дисбаланса: измерительные приборы, аналоговые или цифровые
вычислительные машины, позволяющие получать информацию
о дисбалансах ротора. Комплект измерительных приборов с
вибродатчиками, позволяющий получить информацию о дис-
балансах ротора при балансировке на месте в собственных под-
шипниках и опорах без установки на балансировочный станок,
называют балансировочным комплектом (рис. 1.26).
Металлорежущие станки в процессе балансировки приме-
няют для корректировки масс снятием материала с поверхнос-
тей ротора. Для этого используют станки токарной группы, а
также сверлильные, фрезерные и шлифовальные станки.
Корректировку масс ротора осуществляют и с помощью
39
других станков и агрегатов, например, сварочных агрегатов, ла-
зеров, электрохимических станков и т. д.
Технологическая оснастка. К ней относят:
приспособления для балансировочных и металлорежущих
станков;
средства контроля;
слесарно-сборочный, режущий инструмент и вспомогатель-
ные материалы.
Приспособления для балансировочных станков служат для
установки ротора на опоры станка и привода его во вращение.
Часто применяют технологические подшипники, оправки, при-
водные валы и другие приспособления.
Приспособления для металлорежущих станков предназначе-
ны для связывания обрабатываемой детали (ротора) при кор-
ректировке масс со станком и режущим инструментом. Для
этих целей используют универсальные или специальные станоч-
ные приспособления. Наиболее распространены машинные тис-
ки, патроны, кондукторы, планшайбы и т. п.
Выполнение подготовительных, рабочих и заключительных
операций процесса балансировки сопровождается техническим
контролем линейных, угловых размеров и массы. Для этих
целей применяют контрольно-измерительный инструмент и при-
боры, обеспечивающие заданную точность измерений, высокую
достоверность, малую трудоемкость. При балансировке ис-
пользуют как простые средства измерений (металлические ли-
нейки, щупы, технические уровни), так и более сложные —
штангенинструменты, микрометры, рычажно-механические при-
боры (индикаторы часового типа).
В зависимости от конструкции станка, балансируемого ро-
тора, способа корректировки масс применяют общеслесар-
ный или специальный сборочный инструмент, резцы, фрезы,
сверла и другой режущий инструмент.
В процессе технического обслуживания станков, подготов-
ки роторов к балансировке используют смазочные масла, об-
тирочные противокоррозионные и другие вспомогательные ма-
териалы.
Средства механизации и автоматизации. Наряду со станка-
ми-автоматами и полуавтоматами, автоматическими линиями
актуальны средства малой механизации и автоматизации.
Механизация направлена на частичную или полную замену
ручного труда человека машиной с сохранением участия челове-
ка в ее управлении. Автоматизация процесса направлена на пе-
редачу машинам и приборам функций управления, ранее выпол-
нявшихся человеком.
В настоящее время уровень механизации и автоматизации
процессов балансировки на универсальных станках составляет
50...70 %. Дальнейшее повышение этого уровня идет по пути
40
Рис. 1.27. Аналого-решающее устройство для баланси-
ровки
Рис. 1.28. МикроЭВМ
механизации расчетных работ при определении корректирую-
щих масс, механизации и автоматизации операции.
Достаточно простым средством автоматизации являются
аналоговые решающие устройства (рис. 1.27), предназначенные
для определения корректирующих масс при многоплоскостной
балансировке. Это устройство можно подключить к измери-
тельному пульту балансировочного станка для реализации прак-
тически всех известных методов балансировки.
Широкое внедрение микроЭДМ индивидуального пользова-
ния служит основой механизации всех расчетных работ. Выпус-
каемые микрокалькуляторы, например ’’Электроника” БЗ-34
(рис. 1.28), обладают необходимым объемом памяти для реше-
ния многих задач балансировки. Для использования приклад-
ных программ балансировщику необходимо освоить работу на
программируемом микрокалькуляторе.
Программируемый микрокалькулятор получает питание от
размещенных внутри него аккумуляторов или от сети 220 В.
Если на индикаторе загорится ноль с точкой, то это значит, что
калькулятор готов к работе; если же загорятся запятые — ак-
кумулятор разряжен.
На калькуляторе 30 клавиш (рис. 1.28). Если нажать на
клавишу, то будет выполняться определенное действие, обозна-
ченное в виде условного знака на самих клавишах, над ними
или под ними. Например, нажимая на клавишу Г~П , выполняют
операцию сложения. Если же нажать сначала клавишу Гр] (от
слова Function — функция), а затем какую-то другую, клавишу,
то будет выполняться операция, обозначенная над клавишей.
Переключатель Р - Г в правом верхнем углу панели под ин-
дикатором служит для перехода от градусной меры угла (поло-
жение Г) к радиальной и наоборот (положение Р).
Система счисления при вводе и выводе информации в каль-
41
куляторе ~ десятичная. Все вводимые нецелые числа сначала
нужно представить в виде десятичных дробей.
Калькулятор работает в режиме ’’Автоматическая работа”
или ’’Программирование”. Первый режим устанавливается ав-
томатически после включения питания или после нажатия кла-
виш !~F~| и |АВТ | , если до этого калькулятор находился во
втором режиме. В режим ’’Программирование” калькулятор
переходит после нажатия клавиш ПИ и |ПРГ| .
При работе калькулятора в автоматическом режиме числа,
содержащие не более восьми знаков, вводят в калькулятор,
набирая на клавиатуре его последовательные цифры, а при не-
обходимости и клавишу запятая.
Если числа по абсолютной величине меньше 1 и больше
99 999 999, то их представляют в так называемом нормализо-
ванном виде (с плавающей запятой), т. е. в виде произведения
двух сомножителей: один сомножитель (мантисса) содержит
те же цифры, что и исходное число (при этом ставится запятая
после первой значащей цифры), а другой сомножитель (поря-
док) — число 10 в некоторой степени.
Порядок числа обозначается на индикаторе двумя правы-
ми крайними цифрами со знаком перед ними (знак плюс не
показывается). Если число начинается с нулей, то его порядок
отрицателен и равен количеству нулей. Все, что расположено
левее порядка, — мантисса.
Ввод числа в нормализованном виде выполняют следующим
образом: вводят мантиссу, нажимают клавишу ввода порядка
| ВП | (появляются справа на индикаторе два нуля) и вводят
порядок. Для отрицательных чисел после мантиссы и для отри-
цательных порядков- после их ввода нажимают клавишу /—•/.
Например, нужно ввести в калькулятор число 0,00000129.
Мантисса числа 1,29, порядок — 7, знак порядка —. Нажмем
клавиши: | 1 | | , I I 2 | ПЛ |ВП| |~Т[ | /—7| , на индикаторе
читаем 1.29—07 .
Ввод чисел в нормализованном виде в нашей практике
встречается редко в отличие от считывания с индикатора. Счи-
тывание числа начинают с его знака перед мантиссой и знака
порядка. Если знак порядка отрицательный, то перед первой
цифрой мантиссы нужно написать столько нулей, сколько ука-
зано в порядке, и поставить запятую после первого нуля. Если
порядок задан положительным числом, то на такое число цифр
переносят запятую вправо. По исчерпании цифр мантиссы
добавляют нули. Например, индикатор показывает
1.29-03
мантисса t порядок
знак порядка
следует записать число 0,00129.
42
При выполнении любого действия используемые числа за-
поминаются калькулятором в отведенных для этого регистрах
памяти. Десять регистров обозначаются натуральными числами
от 0 до 9 включительно, четыре — буквами латинского алфа-
вита А, В, С, и пять — X, Y, Z, Т, XL В техническом описании
и инструкции по эксплуатации микрокалькуляторов указы-
вается количество и обозначения регистров. Мы будем обозна-
чать регистры сокращенно: П7 ~ занести в память (регистр 7),
ИПС~ извлечь из памяти.
Вводимое в калькулятор число заносится в регистр X и
всегда видно на индикаторе. Вычисление фукнции от некоторо-
го числа, таких, как вычисление прямых и обратных тригоно-
метрических функций (sin, cos, tg, arcsin, arccos, arctg), возве-
дение в степень чисел 10 и е (10х,ех), вычисление десятичного
и натурального логарифма (1g, In), возведение числа в квадрат
(х2), получение обратной величины от числа (1/х) и извлече-
ние квадратного корня из числа (V), выполняется таким обра-
зом, что в качестве аргумента берется число из регистра X и ту-
да же помещается результат. Эти операции называются одно-
местными.
Например, для вычисления \/TD нужно нажать клавиши:
ГЮI ГР | [ VI . На индикаторе появится значение корня
3,1622776.
Операции сложения, вычитания, умножения и деления, воз-
ведение числа х в степень у — двуместные, каждая выполняет-
ся над двумя числами. Эти числа должны находиться в двух ре-
гистрах X и Y. Первое вводимое число набирают на клавиатуре
и оно попадает в регистр X. Для перевода его в регистр Y нуж-
но нажать клавишу ПП . Затем набирают на клавиатуре второе
число, при этом первое автоматически стирается. При сложении
и умножении числа можно набирать в любом порядке. В случае
вычитания и деления сначала следует набрать уменьшаемое и
делимое. Введя оба числа,можно нажимать клавишу требуемой
операции ( И В ® О ) • Знака = на программируемых каль-
куляторах нет. Результат операции появится на индикаторе. На-
пример, для вычисления суммы двух чисел 9 и 4 следует нажать
клавиши: р9] ШЕЕ* Результат сложения 13 появится
на индикаторе.
При выполнении цепочных операций порядок ввода чисел
и операций с ними аналогичен порядку записи вычислений на
бумаге. Так, для суммирования чисел 21, 22, 23, 24 достаточно
после ввода первого числа и перевода его в регистр Y набирать
последовательно числа и знак операции PH . Результат сложе-
ния появляется на индикаторе после каждого нажатия клави-
ши пн.
43
Нажимные клавиши
Индикация
2 1
2 2
2 3
2 4
Например, необходимо вычислить арифметическое выра-
жение 12000/2 • 40
Нажимаемые клавиши
Неверно введенное число стирают нажатием клавиши |СХ{ ,
набирают его вновь и продолжают работу. При некорректных
операциях (деление на 0, извлечение квадратного корня из
отрицательного числа и др.) и переполнении калькулятора (чис-
ло больше,. чем ± 9,9999999 • 109 9, либо меньше, чем
1,0000000 • 10"") на индикаторе высвечивается сигнал ошиб-
ки ЕГГОГ (от английского — ошибка).
Работа калькулятора в автоматическом режиме целесооб-
разна для однократных вычислений. Повторяющиеся вычисле-
ния удобнее выполнять по программе.
Работа калькулятора в режиме „Программирование”.
Общие сведения об этом режиме дадим на примере неслож-
ной программы, по которой калькулятор вычислит площадь
круга с диаметром d*.
* Этот пример обычно приводят в инструкции по эксплуатации микро-
калькулятора.
44
Формула для площади круга известна: s = nd2 /4. Если по
ней вести расчет вручную (автоматический режим), то следует
сначала ввести величину d в регистр X (например, d = 3),
далее нажать клавиши:
□□□□□□□
Индикатор покажет результат вычислений: 7,0685832.
В таком же порядке в калькулятор вводится программа
для вычисления площади круга. Она в виде отдельных команд
располагается в специальной программной памяти. Каждая ко-
манда занимает свою ячейку памяти, имеет свой номер, назы-
ваемый адресом. Всего таких ячеек 98 — от 00 до 97.
После перевода калькулятора в режим программирования в
правом углу индикатора загорится 00, т. е. счетчик адресов
установится на нулевую отметку. Ввод каждой новой команды
будет увеличивать на 1 содержимое счетчика адресов.
Ввод программы начинают с нажатия клавиши ГЁ]. На инди-
каторе ничего не изменится, так как эта клавиша самостоя-
тельного значения не имеет. Следом за ней нажимают клавишу
| х 2j ; в левом углу индикатора загорается 22, означающее
код операции возведения числа в квадрат. Появление кода опе-
рации указывает, что команда занесена в программную память
(ячейку 00). Одновременно в правом углу индикатора загорит-
ся 01________
22 01
Вновь нажимают клавишуЩ» а за ней НИЛСод 22 сдвинется
вправо, а на его мест появится число 20 — код засылки числа
я в регистр X. Счетчик адресов покажет 02 — адрес следующей
команды ’’умножить”
20 22 02
Нажатие клавиши |~х] сдвигает вправо оба предыдущих ко-
да, вызывает слева на индикаторе код операции умножения:
12 и текущее состояние счетчика адресов: 03
12 20 22 03
Так как индикатор отображает коды только трех последо-
вательных команд, то занесение числа 4 в регистр X (нажатие
клавиши РГ[ ) даст следующее изображение на индикаторе:
04 12 20 04
45
Вычисление площади круга заканчивается операцией деле-
ния (код 13)
I--------------------
.’13 04 12 05
I----------------
Завершение вычислений происходит по команде останова
C/Ilj , которая ставится в конце программы. Клавиша |С/П|
(’’стоп/пуск” ) также запускает калькулятор на автоматичес-
кий счет по программе, находящейся в его памяти.
Чтобы обеспечить возможность многократных вычислений
с разными исходными данными, программа каждый раз долж-
на возвращаться к своему началу. Для этого после команды
|С/П| нажимают клавиши: [БП | ГЩ [ГТ] (переход к адре-
су 00).
Возврат калькулятора в автоматический режим после за-
несения программы осуществляется клавишами [f] и |АВТ | .
Чтобы счет начался с начальной команды нашей программы,
расположенной по адресу 00, нажимается клавиша fB/O]
(’’Возврат на 0”).
Вычисление площади круга по программе требует только
введения в регистр X диаметра 3 и нажатия клавиши |С/П|
запускающей калькулятор. Через несколько секунд на инди-
каторе появится результат: 7,0685832.
В больших сложных программах много исходных данных
и подпрограмм. При их составлении используются адресуемые
регистры памяти (от 0 до 9 и А, В, С, D), команды прямых и
косвенных переходов, команды организации циклов, а также
стековые регистры X, Y, Z, Т, в которых последовательно за-
писанная информация может считываться только в обратной
по следов ател ьно сти.
В нашей книге помещены прикладные программы для ба-
лансировки. В заголовке программы дается ее название и не-
сколько слов, поясняющие ее суть. Подробное описание того,
что делает программа, обычно приведено отдельно в тексте
раздела, где помещена программа. За поясняющими словами
перечисляется исходная информация для расчетов. Затем сле-
дует сам текст программы с адресами, командами, кодами, ис-
пользуемыми регистрами памяти. После текста дается инструк-
ция балансировщику по пользованию программой. В конце опи-
сания прикладной программы помещается контрольный при-
мер с конкретными значениями исходных данных и получаю-
щимся результатом.
Работа с прикладными программами требует тщательной
по готовки и некоторого навыка.
Прежде чем приступить к работе с калькулятором, необхо-
димо проверить по тесту контроля его функционирование. Он
46
приводится в инструкции по эксплуатации Вашего микрокаль-
кулятора. \
Наиболее ответственный этап вычислений по программам —
ввод ее в память калькулятора. Вводят программу, нажимая
клавиши, записанные в тексте программы. Правильность вы-
полняемых действий контролируют по индикатору.
Если при вводе программы допущены ошибки, что выяв-
ляется при решении контрольного примера, то следует прове-
рить выполнение каждого шага программы. Для этого в режи-
ме автоматической работы следует вернуть программу к началу
( IБП1 |~0] Го I ), перевести калькулятор в режим програм-
мирования и, нажимая клавишу | Ilfr , проверить запись про-
граммы в калькуляторе. Все коды команд и их адреса должны
в точности соответствовать тексту программы.
Ошибки, допущенные при вводе программы, можно испра-
вить. Для этого вызывается ошибочная команда нажатием кла-
виш ЙГ или | ШГ| • При каждом нажатии этих клавиш содер-
жимое счетчика адресов команд соответственно увеличивается
или уменьшается на единицу. Исправление ошибки в адресе пе-
рехода требует сдвинуть информацию на два шага и повторить
ввод команды и следующий за ней адрес перехода. При боль-
шой разнице адресов ошибочной и текущей команд нужно вос-
пользоваться командой безусловного перехода | БП | после пе-
рехода в режим ’’Автоматическая работа”. Нажимается клави-
ша |БП | , а затем цифровые клавиши, которые обеспечат
переход на нужный адрес. После возвращения в режим ’’Про-
граммирование” на индикаторе появятся код и адрес ошибоч-
нрй команды. Она убирается с индикатора нажатием клавиши
[ЙГ . Для исключения какой-либо команды из программы
следует перейти на ее адрес, а затем нажать клавиши: ( К [ и
|НОП| (нет операции).
Все приведенные в книге программы с точностью до обо-
значений годятся для микроЭВМ ’’Электроника” БЗ-34, МК-56
и МК-54. Отдельные тождественные по существу операции, обо-
значенные на этих типах калькуляторов по-разному, с целью
унификации приведены к обозначениям калькулятора БЗ-34.
А именно:
1. Операция пересылки чисел из одного регистра в другой
В t обозначены t;
IIN->x
x->IIN
X О у и ху
ИПМ;
BN;
2. Операция кольцевого передвижения информации в сте-
ке обозначена [F , | .
47
3. Операции вычисления обратных тригонометрических
функций:
sin"1 обозначены аг sin;
cos'1 ar cos;
tg'1 artg.
Развитие программируемых микрокалькуляторов идет по
пути увеличения программной памяти, использования встроен-
ного полупостоянного запоминающего устройства (ППЗУ).
В отличие от оперативного запоминающего устройства
(ОЗУ) оно способно длительно хранить информацию при от-
ключении источника питания. В любой момент из него можно
считать в ОЗУ микрокалькулятора одну из ранее записанных
программ.
К средствам механизации и автоматизации более высокого
уровня относятся: управляющие и вычислительные мини-ЭВМ,
лазеры, автобалансирующие устройства.
ГЛАВА 2
СТАТИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА
Комплексно рассмотрены методы, точность и средства ста-
тической балансировки; даются способы определения массо-
вых и геометрических параметров тел вращения.
2.1. ОСНОВЫ СТАТИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ
ПРИ ПОМОЩИ СИЛ ТЯЖЕСТИ
Статическая балансировка — балансировка, при которой
определяется и уменьшается главный вектор дисбалансов ро-
тора, характеризующий его статическую неуравновешенность.
Главный вектор дисбалансов ротора можно определить при по-
мощи силы тяжести на невращающемся роторе или на вращаю-
щемся роторе в динамическом режиме.
Ниже будет рассмотрена статическая балансировка при по-
мощи сил тяжести на невращающемся роторе, а статическая ба-
лансировка в динамическом режиме — в гл. 3.
Положим на горизонтальную плоскость статически неурав-
новешенный ротор. Он начнет катиться по плоскости и, сделав
несколько оборотов вокруг оси, остановится, заняв устойчи-
вое положение. Движение ротора происходит под действием
момента сил тяжести. Значение момента сил тяжести относи-
тельно оси, проходящей через точку О (рис. 2.1, а) перпенди-
кулярно плоскости рисунка, равно произведению силы тяжести
mg на плечо h . Расстояние h определяется как проекция экс-
центриситета массы е ст на ось у, т. е. h = е ^cos ф. Тогда момент
сил тяжести
e^mg cos .
Момент Mg действует до тех пор, пока точка О х (рис. 2.1, б)
не переместится вниз. В устойчивом положении момент сил тя-
жести относительно продольной оси равен нулю, так как
cos0 = 0. Нижняя точка показывает угол дисбаланса в системе
координат, связанной с ротором, или, как говорят, тяжелое
место ротора.
Чтобы сбалансировать ротор, его необходимо повернуть на
90° и привести тяжелое место в горизонтальную плоскость. В
49
Рис. 2.1. Статическая балансировка
противоположной точке О2 (рис. 2.1, в) на радиусе 00 2 = г к
установить корректирующую массу пц, создающую момент
силы тяжести r^m^g- e^mg. Добившись состояния безразлич-
ного равновесия, получим значение главного вектора дисбалан-
сов ротора:
Ост те ст
Для определения главного вектора дисбалансов можно ис-
пользовать и другие движения ротора: поворот вокруг непо-
движной оси ротора, перемещение оси ротора относительно не-
подвижной оси или точки, перемещение оси ротора в простран-
стве.
Пример. Ротор массой т — 40 кг сбалансирован статически коррек-
тирующей массой = 8 г на радиусе гк = 300 мм. Необходимо опреде-
лить значение главного вектора дисбалансов и эксцентриситет центра мас-
сы ротора.
Главный вектор дисбалансов
ОСт — ткгк = 8 г * 200 мм = 1600 г • мм.
Эксцентриситет центра массы ротора
1600 г • мм 1600 г • мм Л Л л
-----------= ——----------= 0,04 мм = 40 мкм.
40 кг 40 000 г
Ост
ест-' т
Методы определения корректирующей массы при статичес-
кой балансировке. Значения корректирующей массы при стати-
ческой балансировке находят расчетным и экспериментальным
методами.
На предварительно настроенном станке для статической
балансировки на данный тип ротора значение корректирующей
массы определяют по показаниям индикатора дисбаланса, це-
на деления которого связана с единицами коррекции, г или
г • мм.
Экспериментальные методы определения корректирующей
массы при статической балансировке используют в станках без
индикаторов дисбаланса. К экспериментальным относят методы
подбора с пробной и без пробной массы, а также метод круго-
вого обхода.
50
Рис. 2.2. Устойчивое равновесие ротора
с
Метод подбора без пробной массы
заключается в последовательной поста-
новке различных корректирующих масс
в легком месте ротора, пока не будет
достигнуто положение безразличного
равновесия. Этот метод наиболее прост,
но достаточно трудоемок.
пробной массой состоит в постановке на
несбалансированный ротор пробной массы гапр на радиусе гпр.
Массу тпр ставят под углом 90° к тяжелому месту. Совместное
действие моментов сил тяжести ротора и пробной массы выве-
дет ротор из равновесия. Ротор повернется на угол ^относитель-
но вертикальной оси и займет новое устойчивое равновесие
(рис. 2.2). В устойчивом; положении момент сил тяжести ротора
равен моменту сил тяжести пробной массы:
Dcrgsin^ = ranp>np£cos^.
Из этого равенства определим главный вектор дисбалансов
£>сг= ^np^npCtgV/
и значение корректирующей массы
г пр
= ™np~^~-ctgi//.
Пробную массу выбирают так, чтобы она вызывала поворот
несбалансированного ротора на угол 30 ... 40°.
При статической балансировке партии роторов подбирают
постоянную пробную массу, которую определяют при баланси-
ровке первого ротора. Расчет корректирующей массы для всех
роторов ведут по упрощенной формуле
ТПк = «Ctgl//,
где а - ^npirnp/rfc — постоянный коэффициент.
Метод кругового обхода широко распространен в балансиро-
вочной технике. Его применяют для определения дисбалансов
роторов, находящихся в состоянии безразличного равновесия
при любом угловом положении. Такое состояние наблюдается
как у несбалансированных роторов, так и у роторов после ста-
тической балансировки рассмотренными выше методами.
Методика балансировки заключается в следующем. Окруж-
ность ротора в плоскости коррекции делят на восемь равных
частей и наносят меловые метки 1, 2, 8. Ротор устанавливают
51
Рис. 2.3. Графическое определение неуравновешенной массы
на балансировочный станок так, чтобы метка 1 находилась в
горизонтальной плоскости (рис. 2.3, а). В точке 1 подбирают
массу т i, которая поворачивает ротор на угол 45° и приводит
в горизонтальную плоскость точку 2, Первую массу снимают и
взвешивают. В точке 2 подбирают нов^ю массу т 2, вызываю-
щую поворот ротора также на угол 45°, и так для всех точек.
В результате получают значения неуравновешенных масс т х,
га2, •••> ^8? поворачивающих ротор на один и тот же угол.
Значение и угол корректирующей массы находят графичес-
ким способом. Для этого строят график (рис. 2.3, б). По оси
абсцисс откладывают угол постановки (или номер метки) не-
уравновешенной массы, а по оси ординат — значение неуравно-
вешенной массы. Полученные точки соединяют плавной кривой,
подобной синусоиде. На кривой находят точки А и В, соответ-
ствующие минимальному тмин и максимально мугамакс значе-
нию неуравновешенной массы.
Нижняя точка кривой А указывает тяжелое место ротора.
Моменты сил тяжести ротора и неуравновешенной массы т мин
в этой точке направлены в одну сторону и создают момент
MgA = D ст£ +^мин^^*
Моменты сил тяжести ротора и неуравновешенной массы
га макс в точке В направлены в противоположные стороны. Они
создают момент
MgB = т максгк£ D ст£ •
Из равенства углов поворота ротора следует равенство мо-
ментов МгА = М2поткуда находим значение главного вектора
дисбалансов:
£>ст = ~ (гамакс ~тмш)гк
и корректирующей массы
тк — о (^макс тмин)>
52
2.2 ПОГРЕШНОСТИ СТАТИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ
Точность определения значения и угла корректирующей
массы ограничивается погрешностями, возникающими при ста-
тической балансировке. К ним относятся: 1) отклонения фор-
мы несущих и опорных поверхностей ротора и балансировоч-
ного станка; 2) деформация поверхностей; 3) трение между
этими поверхностями.
Погрешность статической балансировки, возникающая за
счет отклонения формы несущих и опорных поверхностей ро-
тора и балансировочного станка. В качестве несущих и опорных
поверхностей применяют цилиндрические, сферические и плос-
кие поверхности. Под отклонением (погрешностью) формы по-
нимают несоответствие между формой реальной поверхности
и формой геометрической поверхности, заданной чертежом.
К элементарным отклонениям формы цилиндрических по-
верхностей относятся: овальность, огранка, конусообразность,
изогнутость и др. Для сферических поверхностей ограничивают
отклонение от формы профиля, определяющееся наибольшим
расстоянием от контура реального профиля до прилегающего.
Неплоскостность и непрямолинейность — отклонение формы
плоских поверхностей.
Элементарным отклонением поверхности любой формы,
имеющей характер периодически чередующихся возвышений и
впадин, является волнистость. Высота неровностей волнистости
и шероховатости примерно одинакова, а шаги волн различны.
Несущие и опорные поверхности ротора и балансировочно-
го станка изготавливают по III ... V степени точности. Предель-
ные отклонения формы поверхностей составляют 0,6 ... 10 мкм.
В качестве примера рассмотрим влияние неплоскостности
опорной поверхности на точность статической балансировки.
Под действием момента силы тяжести несбалансированный ро-
тор (рис. 2.4) стремится повер-
нуться вокруг оси по часовой
стрелке. Однако неплоскостность
препятствует этому движению. Ро-
тор будет находиться в равновес-
ном состоянии относительно точки
О'. Момент силы тяжести ротора
уравновешивается моментом силы
тяжести корректирующей массы:
mOiOfg = mk (а + OO')g.
Рис. 2.4. Погрешность статической балансиров-
ки 00х при неплоскостности опорной поверх-
ности станка
53
Расстояние 00' полагаем равным нулю, так как Дно намно-
го меньше радиуса коррекции. Из рис. 2.4 видно,/что ОХО( =
— ест ” 00'. Тогда главный вектор дисбалансов
Ост ~mkrk + тОО’,
где тОО' — погрешность статической балансировки от неплос-
костности опорной поверхности станка.
Для уменьшения погрешности статической балансировки,
возникающей за счет отклонения формы несущих и опорных
поверхностей ротора и балансировочного станка, применяют
следующий способ.
После балансировки ротора до состояния безразличного
равновесия в тяжелое место ротора, установленное в горизон-
тальную плоскость, вносят неуравновешенную массу, вызываю-
щую поворот ротора на 20 ... 30°. Затем ротор поворачивают на
угол 180° и в легкое место вносят новую неуравновешенную
массу, которая повернет ротор на тот же угол. Полуразница
между этими массами компенсирует погрешность статической
балансировки.
Погрешность статической балансировки, возникающая за
счет деформации несущих и опорных поверхностей ротора и ба-
лансировочного станка. Несущие и опорные поверхности в
месте соприкосновения под действием силы тяжести деформи-
руются. Образуется контактная площадка, называемая зоной
контакта. Погрешность статической балансировки определя-
ет размер зоны контакта; последняя зависит от жесткости
и размеров несущих и опорных поверхностей ротора и баланси-
ровочного станка, величины силы тяжести. Жесткость опор
должна быть такой, чтобы не было остаточной деформации при
нагружении этих поверхностей.
Погрешность статической балансировки, возникающая за
счет трения между несущими и опорными поверхностями ро-
тора и балансировочного станка. Несущая поверхность переме-
щается относительно опорной поверхности балансировочного
станка. Возникает момент сил трения качения или скольжения,
препятствующий перемещению ротора;
MTp= mgrf,
где г — радиус несущей поверхности (цапфы); f — коэффици-
ент трения, зависящий от материала, твердости, чистоты и со-
стояния поверхностей.
Ротор будет поворачиваться, если момент сил тяжести бу-
дет больше его момента сил трения. Следовательно, погреш-
ность статической балансировки ДР от трения между несущими
и опорными поверхностями ротора и балансировочного станка
будет ДР = mrf.
Пример. Ротор массой 100 кг находится в состоянии безразличного
равновесия на опорах балансировочного станка. Радиус цапфы равен
50 мм, коэффициент трения составляет 0,001. Рассчитать погрешность ста-
54
тической балансировки, возникающей за счет трения между несущей и
опорной поверхностями ротора и балансировочного станка.
Погрешность статической балансировки от трения между поверхнос-
тями
дП = mrf = 100 ’ 103 • 50 • 0,001 = 5000 г • мм.
Для определения и устранения погрешностей статической
балансировки, возникающих за счет деформации и трения меж-
ду несущими и опорными поверхностями ротора и балансиро-
вочного станка, применяют метод кругового обхода. Компенси-
рующая эти погрешности масса равна полуразности максималь-
ной и минимальной пробных масс.
Сумма рассмотренных погрешностей статической баланси-
ровки определяет порог чувствительности балансировочного
станка для статической балансировки.
Балансировку деталей, не имеющих собственных несущих
поверхностей, проводят на балансировочных оправках. Откло-
нения расположения поверхностей оправки и наличие зазора в
посадке вызывают дополнительные погрешности статической
балансировки.
Рассмотрим влияние радиального биения 5 посадочной по-
верхности относительно цапф оправки на точность статической
балансировки. Пусть, например, центр массы детали О (рис. 2.5)
дополнительно смещается с оси оправки на величину 6 за
счет биения посадочного диаметра. Возникает погрешность ста-
тической балансировки AD^, равная произведению массы де-
тали m на биение 6, т. е.
А/)ст ~ .
Наличие зазора между посадочными поверхностями детали
и оправки S также вызывает погрешность статической баланси-
ровки:
А/)ст ~ mS,
JSjih. исключения влияния точности изготовления оправок на
балансировку деталей применяют способ компенсирующих
грузов.
Вначале балансируют деталь статически на оправке коррек-
тирующей массой Затем оправку поворачивают относи-
тельно детали на 180 . Проводят вторую балансировку детали
на оправке корректирующей массой т^2- Снимают корректи-
рующие массы m/ci и/тц2/2и проводят окончательную балан-
сировку детали. После этого контролируют точность баланси-
ровки, а затем снимают оставшуюся массу Рассмотрен-
ный метод позволяет независимо от оси, относительно которой
производится статическая балансировка, привести центр масс
детали на ее геометрическую ось.
Статическую балансировку проводят обычно в одной плос-
кости коррекции. Если эта плоскость не проходит через центр
55
Рис. 2.5. Погрешность статической балан-
сировки при радиальном биении поса-
дочной поверхности оправки 6
Рис. 2.6. Моментная неуравновешен-
ность, возникающая при статической
балансировке
масс детали, то возникает погрешность балансировки — допол-
нительный главный момент дисбалансов &MD.
Главный вектор дисбалансов и дисбаланс в плоскости
коррекции ткгк (рис. 2.6) образуют два равных, противопо-
ложно направленных, не лежащих на одной прямой вектора ~
пару векторов. Момент пары равен произведению одного из
векторов на расстояние между их направлениями. Значение мо-
мента пары составляет погрешность балансировки
^MD = ткГкЦ-
Пример. Ротор сбалансирован корректирующей массой тк = 8 г на
радиусе г к = 200 мм в плоскости на расстоянии / = 100 мм от центра масс.
Каково значение дополнительного главного момента дисбалансов?
Значение дополнительного главного момента дисбалансов
ДМр = 8♦200 • 100 = 16 • 104 г • мм2
Дополнительный главный момент дисбалансов не возникает
при статической балансировке, если корректировку масс про-
водят в двух плоскостях коррекции. Значения корректирующих
масс в двух плоскостях рассчитывают по законам статики. Для
плоскостей, расположенных по обе стороны от центра масс
(см. рис. 2.6), корректирующие массы находят по формулам:
для 1-й плоскости -rrikh! Gi + Z2) >
ДЛЯ 2-Й ПЛОСКОСТИ тк 2 ~^kh! (h + G)-
Статическую балансировку в двух плоскостях проводят в
следующей последовательности.
Проводят статическую балансировку в одной плоскости
коррекции массой т к •
Рассчитывают корректирующие массы в 1-й и 2-й плоскос-
тях коррекции по приведенным выше формулам.
Устанавливают расчетные корректирующие массы mki и
ткг в обеих плоскостях и контролируют точность баланси-
ровки.
Производят корректировку масс и контролируют точность
56
балансировки. При корректировке масс путем уменьшения
массы ее проводят последовательно — сначала в одной, а затем
в другой плоскости коррекции. Последовательная корректи-
ровка масс полностью устраняет дополнительный главный мо-
мент дисбалансов ротора.
2.3. СТАНКИ ДЛЯ СТАТИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ
Станки для статической балансировки определяют главный
вектор дисбалансов ротора при помощи силы тяжести на невра-
щающемся роторе. В зависимости от характера движения оси
ротора при балансировке станки делят на пять основных групп
. (табл. 2.1). Станки для статической балансировки обозначают
буквами СБС с порядковым номером группы. Каждая группа
* в зависимости от конструктивных особенностей станков делит-
ся на подгруппы, обозначаемые строчными буквами. Станки
для статической балансировки при помощи силы тяжести прос-
ты в изготовлении и эксплуатации, не требуют высокой квали-
фикации оператора. Они нашли широкое применение в различ-
ных отраслях народного хозяйства.
Станки для статической балансировки СБС-1. Балансировоч-
ные станки 1-й группы предназначены для балансировки дета-
лей на балансировочных оправках и роторов.
Таблица 2.1
Классификация станков для статической балансировки
при помощи силы тяжести
Номер группы Характер пере- мещения оси ротора Опоры станка Условное обозначение Порог чувстви- тельнос- ти стан- ка, мкм Метод определения корректиру- ющей массы
1 Не перемеща- ется Роликовые Дисковые Газовые СБС-1а СБС-1 б СБС-1В 15 ... 30 7 ... 15 Эксперимен- тальный
2 Перемещается относительно неподвижной точки Сферичес- ская Упругая СБС-2а СБС-26 10 ... 20 Расчетный
3 Перемещается относительно неподвижной оси Весы с вер- тикальной осью Весы с го- ризонталь- ной осью СБС-За СБС-Зб 5 ... 10 Расчетный
4 Перемещается в неподвижной плоскости Плоскопа- раллельные СБС-4 2 ... 5 Эксперимен- тальный
5 Перемещается в пространстве Жидкостные СБС-5 — Эксперимен- тальный
57
Рис. 2.7. Станок СБС-1
Принцип действия станков СБС-1 заключается в повороте
несбалансированного ротора вокруг неподвижной оси в опорах
станка под действием момента сил тяжести.
Типовая схема станка 1-й группы показана на рис. 2.7.
На фундаментной плите 1 установлены две стойки 2, кото-
рые можно передвигать по направляющим плиты. На каждой
стойке смонтирована опора 3, воспринимающая нагрузки и
моменты от сил тяжести несбалансированного ротора 4. В ка-
честве опор балансировочных станков СБС-1 применяют роли-
ковые, дисковые и газовые опоры. Роликовая опора станка
СБС-la состоит из двух роликов с подшипниками качения. Оба
подшипника установлены на неподвижных осях в стойке в
плоскости, перпендикулярной оси ротора. Дисковая опора стан-
ка СБС-1 б отличается от роликовой опоры тем, что она имеет
больший наружный диаметр, а диски расположены в параллель-
ных плоскостях.
Порог чувствительности станков с роликовыми и дисковы-
ми опорами зависит от диаметров роликов и цапф балансируе-
мого ротора, расстояния между осями роликов, трения в под-
шипниках, погрешности формы несущих и опорных поверхнос-
тей и других причин.
В качестве газовых опор в станках СБС-1в используют по-
луохватные цилиндрические газостатические подшипники. Слой
газовой смазки в подшипнике образуется за счет подачи возду-
ха с избыточным давлением через жиклеры в зазор между цап-
фой и вкладышем. Балансируемый ротор всплывает и под
действием момента сил тяжести поворачивается тяжелым мес-
том вниз. Порог чувствительности станков с газовыми опора-
ми жиклерного типа зависит от погрешности расположения
жиклеров по окружности. В подшипниках щелевого типа этот
недостаток отсутствует.
Настройка балансировочного станка СБС-1. В процессе наст-
ройки балансировочных станков 1-й группы на данный тип ро-
тора выполняют следующие операции.
58
На фундаментной плите устанавливают стойки на расстоянии,
равном расстоянию между цапфами балансируемого ротора.
Производят очистку, смазку, контроль радиальных и торце-
вых биений роликов или дисков. Опоры считаются годными к
эксплуатации, если биения контролируемых поверхностей не
превышают 0,01 ... 0,02 мм, а вращение подшипников свобод-
ное без заедания.
Устраняют непараллельность, неперпендикулярность и несо-
осность опор станка. Предельные отклонения этих параметров
на длине 1 м не должны превышать 0,04 ... 0,06 мм. К газовым
опорам предъявляют более высокие требования. Для контроля
несоосности используют жесткие калибры, индикаторные при-
способления, визирную трубку с коллиматором.
Тщательно балансируют тарировочный ротор, с помощью
которого определяют порог чувствительности станка по значе-
нию главного вектора дисбалансов и метод определения кор-
ректирующей массы. Балансировку тарировочного ротора про-
водят методом кругового обхода. Порог чувствительности ба-
лансировочного станка для статической балансировки в задан-
ных условиях находят подбором такой минимальной массы, ус-
танавливаемой в тяжелом месте, которая вызовет поворот ро-
тора на 5 ... 10°. Порог чувствительности можно подсчитать по
формуле
Z^ctoct + т •
В процессе балансировки партии роторов тарировочный ро-
тор используют для контроля параметров станка.
Статическая балансировка роторов или деталей на станках
1-й группы включает следующие операции:
монтаж детали на балансировочной оправке;
установку ротора на опорах станка;
определение угла и значения корректирующей массы;
корректировку масс ротора согласно требованиям чертежа;
контроль остаточного дисбаланса.
Статическую балансировку проводят до тех пор, пока зна-
чение остаточного дисбаланса не станет меньше допустимого, т. е.
ВСТОСТ <
Станки для статической балансировки СБС-2. Балансировоч-
ные станки 2-й группы предназначены для балансировки дета-
лей, не имеющих собственных несущих поверхностей. Принцип
действия станков СБС-2 заключается в повороте несбалансиро-
ванной детали вокруг неподвижной точки под действием мо-
мента сил тяжести. Типовая схема станка 2-й группы показана
на рис. 2.8.
На станине 7, установленной на фундаментной плите 8, на
сферической опоре 1 станка СБС-2а или упругом стержне стан-
ка СБС-26 подвешена подвижная система станка. Она состоит
59
Рис. 2.8. Станок СБС-2
из рабочего стола с приспособлением 4
для балансируемой детали 3, траверсы
5 с грузом 6, который можно переме-
щать вдоль стержня траверсы. Подвиж-
ная система станка находится в состоя-
нии устойчивого равновесия, так как
ее центр массы лежит ниже геометри-
ческого центра опоры.
Величина и направление угла пово-
рота подвижной системы станка с
несбалансированной деталью вокруг
геометрического центра сферической
опоры характеризуют значение и угол
дисбаланса. Поворот вертикальной оси
измеряют прецизионным сферическим
уровнем 2, который установлен на
рабочем столе. Шкала уровня является индикатором значения и
угла дисбаланса. >
Порог чувствительности станков СБС-2 зависит от погреш-
ности формы сферической пяты и шаровой опоры, деформации
и трения в опоре, податливости упругого стержня.
Настройка балансировочного станка СБС-2. При настройке
станков 2-й группы на данный тип детали выполняют следую-
щие операции.
На рабочем столе монтируют приспособление для установки
балансируемых деталей. В приспособлении закрепляют тщатель-
но сбалансированную деталь для настройки и тарирования стан-
ка. Эту деталь балансируют методом кругового обхода.
Регулируют чувствительность! подвижной системы баланси-
ровочного станка. На траверсе 5 подбирают такое положение
груза 6, при котором контрольный груз, установленный в тяже-
лом месте тарировочной детали, вызывает заданное угловое
отклонение у подвижной части станка.
Производят тарирование балансировочного станка, при ко-
тором цену деления шкалы уровня связывают с единицами кор-
рекции — граммами или граммами на миллиметр (г или г • мм).
Технологический процесс статической балансировки партии
деталей на станках 2-й группы включает операции, указанные
для станков СБС-1. Определение угла и значения корректирую-
щей массы производится расчетным методом — по показаниям
щкалы сферического уровня, поэтому продолжительность из-
мерительного цикла невелика.
Балансировочные станки СБС-2 применяют в серийном
производстве при балансировке больших партий деталей.
Станки для статической балансировки СБС-3. Балансировоч-
ные станки 3-й группы предназначены для балансировки диско-
образных деталей с посадочным базовым отверстием.
60
Принцип действия станков
СБ С-3 заключается в перемеще-
нии несбалансированной детали
относительно неподвижной оси
под действием момента сил тяжес-
ти. В основе различных кон-
струкций балансировочных стан-
ков этой группы лежит схема
обычных неравноплечных рычаж-
ных весов.
Типовая схема станка с вер-
тикальной осью показана на
рис. 2.9.
На фундаментной плите 12
установлена стойка 9, на которую
опирается подвижная часть станка.
Рис. 2.9. Станок СБ С-3
Стойка 9 имеет неподвиж-
ный указатель 7. Подвижная часть станка состоит из коромысла
1, грузов 2, 8, рабочего стола 6 с поворотным приспособлением
для установки балансируемой детали 5. Приспособление с
деталью можно поворачивать вокруг вериткальной оси. К ниж-
ней части коромысла прикреплены две призмы 3. Обе призмы
опираются на опоры 4, установленные на стойке 9.
На правом плече коромысла находится груз 8. Левое плечо
коромысла имеет шкалу, вдоль которой можно перемещать
груз 2. Груз 8 служит для уравновешивания подвижной части
станка с тарировочным ротором при крайнем правом положе-
нии груза 2. Состояние устойчивого равновесия подвижной
части станка достигается перемещением груза 10 в такое поло-
жение, при котором ее центр массы лежит ниже точки контак-
та в опоре. Для гашения колебаний подвижной части станка
служит жидкостный демпфер 11.
Схема станков с горизонтальной осью СБС-Зб отличается
от станков с вертикальной осью СБС-За тем, что приспособле-
ние с деталью расположено на правом плече рычага.
Значение и угол дисбаланса детали пропорциональны откло-
нению левого плеча рычага от горизонтального положения — по-
ложения равновесия подвижной части станка. При повороте де-
тали вокруг вертикальной оси максимальное отклонение рыча-
га будет когда тяжелое место несбалансированной детали лежит
напротив неподвижного указателя 7.
Порог чувствительности балансировочных станков СБС-3
в основном зависит от трения и деформаций в опорах. Настрой-
ка балансировочных станков 3-й группы включает те же опе-
рации, что и при настройке станков 2-й группы.
Технологический процесс статической балансировки партии
деталей на станках 3-й группы включает операции, указанные
для станков СБС-1. Подробнее рассмотрим операцию по опре-
61
УуУУ^77/777777777777777
Рис. 2.10. Станок СБС-4
делению величины и угла дисбаланса
детали. Первым переходом этой опера-
ции является определение тяжелого
,места несбалансированной детали. Тя-
желое место детали находят следу-
ющим образом.
Приспособление с деталью плавно
поворачивают вокруг вертикальной оси.
Устанавливают положение детали, при
котором наблюдается наибольшее
отклонение правого плеча рычага от
неподвижного указателя. Напротив
неподвижного указателя находится тяжелое место детали.
Перемещая груз 2 на левом плече коромысла, уравновеши-
вают весы и по показаниям шкалы определяют значение дисба-
ланса.
Балансировочные станки СБС-3 применяют в серийном про-
изводстве при точной балансировке больших партий деталей.
Станки для статической балансировки СБС-4. Балансировоч-
ные станки 4-й группы предназначены для балансировки дета-
лей на балансировочных оправках.
Принцип действия станков СБС-4 заключается в перемеще-
нии оси детали в неподвижной плоскости под действием момен-
та сил тяжести. В этих станках ротор катится по параллельным
направляющим.
Типовой балансировочный станок (рис. 2.10) состоит из
фундаметной плиты 1, двух стоек 2 и двух направляющих (но-
жей) 3, на которые устанавливают балансируемый ротор 4. В
качестве опор станка применяют направляющие различных про-
филей.
Значение дисбаланса детали определяют экспериментальны-
ми методами, а угол дисбаланса устанавливают по нижней точ-
ке несбалансированного ротора, находящегося в устойчивом
положении.
Порог чувствительности балансировочных станков СБС-4
зависит от многих причин (см. п. 2.2).
Настройка балансировочного станка СБС-4. Настройка ба-
лансировочных станков 4-й группы аналогична настройке ба-
лансировочных станков 1-й группы. Повышенные требования
предъявляют к негоризонтальности направляющих, которая
должна быть не более 0,03 мм на длине 1 м. Статическую ба-
лансировку деталей на станках СБС-4 проводят так же, как на
станках СБС-1. Балансировочные станки СБС-4 применяют в
единичном и мелкосерийном производстве.
Станки для статической балансировки СБС-5. Балансировоч-
ные станки 5-й группы предназначены для балансировки, регу-
лировки дифферента и плавучести тел вращения типа поплав-
ковых гироскопов.
62
Принцип действия стан-
ков СБС-5 заключается в
измерении перемещений те-
ла вращения в специальной
жидкости под действием
подъемной силы жидкости и
моментов сил тяжести. Ти-
повой балансировочный ста-
нок этой группы (рис. 2.11)
представляет собой ванну 5,
наполненную жидкостью 6,
5 4
7777777777777777777777777777
Рис. 2.11. Станок СБС-5
в которой плавает поплавок 3. Плавучесть поплавка регулиру-
ют изменением массы груза 4 так, чтобы сила тяжести поплавка
и подъемная сила жидкости находились в равновесии. Тогда
сам поплавок будет в состоянии безразличного равновесия.
Регулировку дифферента поплавка производят перемеще-
нием груза 4 вдоль продольной оси поплавка без изменения
массы самого груза. Статическую балансировку осуществляют
перемещением грузов 1 и 2 по радиусу. Погрешность баланси-
ровки зависит от движения жидкости в ванне. Для уменьшения
погрешности балансировки/ в ванне поддерживают постоянную
температуру жидкости с точностью ± 0,1° С. Контроль остаточ-
ных дисбалансов, плавучести и дифферента проводят на конт-
рольном стенде с помощью приборов, называемых граммомет-
рами.
2.4. КОНТРОЛЬ ОСТАТОЧНЫХ ДИСБАЛАНСОВ
Статическую балансировку проводят до тех пор, пока зна-
чение главного вектора остаточных дисбалансов не станет мень-
ше допустимого. Допустимое значение главного вектора дисба-
лансов указывают в технических требованиях чертежа детали.
На практике применяют следующие методы контроля дисбалан-
сов: по показаниям индикатора дисбаланса; с применением
контрольного груза; круговым обходом.
Выбор метода контроля статической балансировки зависит
от допустимого значения главного вектора дисбалансов, порога
чувствительности и вида балансировочного станка.
Метод контроля значения главного вектора остаточных дис-
балансов по показаниям индикатора дисбаланса применяют при
статической балансировке на станках СБС-2 и СБС-3, если
^стдоп более чем в 2,5 раза превышает порог чувствительности
станка в заданных условиях AD.
Значения главного вектора дисбалансов детали после стати-
ческой балансировки отсчитывают непосредственно по шка-
63
ле уровня или весов в г • мм и рассчитывают остаточное значе-
ние по формуле
СТ ОСТ — ^СТ ~
На балансировочных станках СБС-1 и СБС-4, не имеющих
индикатора дисбаланса, методом подбора находят главный век-
тор дисбалансов детали после статической балансировки и
рассчитывают £>стост по приведенной выше формуле.
Метод контроля значения главного вектора остаточных дис-
балансов с применением контрольного груза используют для
всех видов балансировочных станков при малых допустимых
дисбалансах деталей £>стдоп = (1— 2,5) Д£>. В общем случае
контроль остаточных дисбалансов выглядит так.
В тяжелое место сбалансированной детали устанавливают
контрольный груз т j и отсчитывают количество делений A i
по шкале индикатора дисбаланса, например, по шкале уровня.
Переставляют контрольный груз т1 в легкое место сбалан-
сированной детали и отсчитывают число делений А 2 по шкале
индикатора дисбаланса.
Рассчитывают значение главного вектора остаточных дисба-
лансов детали по формуле
л - А1 Л 2
и ст ост “ т 1 г л . л
где г “ радиус установки контрольного’ груза.
Массу контрольного груза выбирают в зависимости от зна-
чения допустимого дисбаланса
т1 ~ (2,5 ... 5)Рстдоп/г •
При контроле остаточного дисбаланса на станках СБС-1,
СБС-4, СБС-5 масса контрольного груза, устанавливаемого в
легкое и тяжелое место детали, разная. Контрольные грузы,
укрепленные в легком и тяжелом месте, должны поворачивать
деталь вокруг оси на один и тот же угол. Значение главного
вектора остаточных дисбалансов детали рассчитывают по
формуле
т 1 ~ т 2
^СТОСТ“
где т J, т г — массы контрольных грузов, вызывающие пово-
рот детали на один и тот же угол.
Метод контроля значения главного вектора остаточных дис-
64
балансов круговым обходом применяют для контроля остаточ-
ных дисбалансов, близких порогу чувствительности станка.
Контроль остаточных дисбалансов этим методом заключается в
следующем.
Окружность детали делят на восемь равных частей. Последо-
вательно в каждую точку окружности устанавливают контроль-
ный груз т J на радиусе г и записывают показания индикатора
дисбаланса (количество делений шкалы или угол поворота
детали).
Находят максимальные Лмакс и минимальные Лмин пока-
зания индикатора и рассчитывают значение главного вектора
остаточных дисбалансов детали по формуле
А макс -А мин
стост = —л------------т 1 г.
А макс + А мин
На балансировочных станках СБС-1 и СБС-4 контроль оста-
точных дисбалансов можно проводить 'методом кругового об-
хода с подбором контрольных грузов в восьми точках детали
так, как изложено в п. 2.1. Метод кругового обхода дает наи-
большую точность контроля остаточных дисбалансов при ста-
тической балансировке.
2.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ ТЕЛ
В балансировочной технике важную роль играют статичес-
кие, аксиальные и экваториальные моменты инерции тел.
Статические моменты инерции. В процессе изготовления
деталей и сборки роторов возникают начальные дисбалансы.
Последние для сплошных симметричных роторов относительно
малы и не вызывают затруднений при корректировке масс. Так,
максимальная неуравновешенная масса маховика тракторного
двигателя не превышает 0,2% массы маховика. Начальные дис-
балансы сборных роторов турбин, компрессоров, вентиляторов
и других лопаточных машин достигают больших значений. Для
корректировки масс таких роторов требуется 1 ... 3% массы
ротора. Основная причина больших начальных дисбалансов
сборных роторов — различия по массе и положению центра масс
лопаток.
С целью минимизации начальных дисбалансов сборных ро-
торов измеряют статические моменты лопаток и проводят их
сортировку таким образом, чтобы результирующий дисбаланс
рабочего колеса, вызываемый различиями масс и моментов
инерции отдельных лопаток, был доведен до минимума.
3 Зак. 2219 65
Рис. 2.12. Статический момент лопатки
Статический момент лопатки равен
произведению массы лопатки тил на рас-
стояние от центра массы лопатки до оси
О рабочего колеса г (рис. 2.12) :
S' — mnr .
Измерения статических моментов лопаток проводят с по-
мощью весов, которые состоят из весового прибора и сменных
приспособлений, предназначенных для крепления лопаток и
настройки прибора на определенный типоразмер. Принцип
действия весового прибора аналогичен принципу действия ба-
лансировочного станка для статической балансировки СБС-Зб.
Весовой прибор (рис. 2.13) состоит из стойки 2, опоры 2
и рычага 3. На одном конце рычага крепят сменный замок для
лопатки, а на другом конце — уравновешивающие грузы. Ве-
совой прибор имеет оптическое устройство и шкалу, по кото-
рой производят отсчет показаний.
Эталон-лопатка (рис. 2.14) служит для настройки и тариро-
вания весового прибора. Она состоит из хвостовика 2, корпу-
са 3, подвижных грузов 2 и 4, с помощью которых можно ре-
гулировать положение центра массы лопатки, и подвески 5.
Настройка прибора заключается в уравновешивании по-
движной системы весового прибора с эталон-лопаткой, тариро-
вании шкалы и определении порога чувствительности весов
для лопаток. Порог чувствительности весов для различных ло-
паток равен 25 ... 50 г • мм.
Статический момент лопатки определяют следующим об-
разом. Сначала устанавливают лопатку в замок весового прибо-
ра и считывают показание А по шкале прибора, являющееся
разностью между статическими моментами проверяемой и эта-
Рис. 2.13. Весовой прибор
66
Рис. 2.14. Эталон-лопатка
Рис. 2.15. Определение положения цент*
ре массы ротора с помощью призмы
Рис. 2.16. Определение положения центра
массы ротора с помощью весов
лон-лопаткой. Затем рассчитывают статический момент прове-
ряемой лопатки по формуле
S т лэг л + Л,
где тлэ — масса эталон-лопатки; гн — номинальное значение ра-
бочего плеча рычага.
После измерения статических моментов всех лопаток рас-
считывают распределение лопаток в рабочем колесе.
Аксиальные и экваториальные моменты инерции роторов.
Для проверки и настройки балансировочных станков, расчета
корректирующих масс требуется знание массы, положения
центра массы и моментов инерции роторов или изделий в сборе.
Массу роторов определяют взвешиванием на весах различ-
ных типов.
Положение центра массы ротора находят экспериментально.
Центр массы роторов массой до ста килограммов определяют с
помощью призмы. Ротор укладывают в приспособление, кото-
рое опирается на призму (рис.-2.15). Несовпадение центра мас-
сы ротора с острием призмы создает момент сил тяжести и при-
способление с ротором выходит из состояния равновесия. Если
ротор наклонился вправо, то в левой части ротора в плоскости
1 на расстоянии I от острия призмы нужно подобрать массу
т х, создающую момент сил тяжести, равный моменту сил тя-
жести ротора. Ротор вернется в положение неустойчивого рав-
новесия. Расстояние L i от центра массы ротора до 'массы т j
рассчитывают по формуле
w 1
Lr =(1 + —-)1.
т
Этим способом определяют положение центра масс ротора
с точностью до 0,01 ... 0,05 мм.
Положение центра масс (L А или L в ) тяжелых роторов
находят с помощью весов, на которые укладывают цапфы ро-
тора (рис. 2.16). При этом измеряют силы тяжести mgA, mgB
в опоре Л, В и по законам статики рассчитывают положение
р
67
Рис. 2.17. Определение момента
инерции ротора способом кру-
тильных колебаний
Рис. 2.18. Определение момента инерции
ротора способом малых колебаний относи-
тельно неподвижной горизонтальной оси
центра масс ротора О i.
Аксиальные и экваториальные моменты инерции роторов
определяют способом крутильных колебаний или вычисляют по
периоду малых колебаний физического маятника.
При определении моментов инерции роторов способом кру-
тильных колебаний ротор подвешивают на нити в центре масс к
неподвижной точке (рис. 2.17). Нить закручивают на неболь-
шой угол, после чего ротор отпускают. Он будет совершать кру-
тильные колебания вокруг оси О А. Измеряют время, в течение
которого ротор совершит п колебаний (п- 20 ... 40 колебаний),
находят период колебаний Т по формуле
Т— t/п.
Момент инерции ротора относительно оси О А
J= J0T2/Tq,
где То — период колебаний эталонного тела с известным момен-
том инерции Jo относительно оси О А.
Если ось ОА является продольной осью ротора, то в ре-
зультате расчета находят аксиальный момент инерции. Эквато-
риальный момент инерции определяют, если ось О А перпенди-
кулярна продольной оси ротора.
Физический маятник представляет собой тяжелое твердое
тело, имеющее неподвижную горизонтальную ось вращения, ко-
торую называют осью подвеса маятника. Ротор, соединенный с .
осью подвеса (рис. 2.18), будет совершать малые колебания от-
носительно положения равновесия. Момент инерции ротора
относительно оси, параллельной оси подвеса и проходящей че-
рез центр масс ротора, определяют по формуле
Т2 I
mgl ’
4 7Г о
где m масса ротора, кг, g = 9,81 м • с” 2; I — расстояние от
оси подвеса до центра массы ротора, м; Т — период колеба-
ний, с; 7г= 3,14.
68
ГЛАВА 3
ДИНАМИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА
Рассмотрены методы низко- и высокочастотной балансиров-
ки; способы контроля остаточных дисбалансов; приведены
прикладные программы для вычислений дисбалансов на
микроЭВМ.
3.1. ОСНОВЫ ДИНАМИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ
Динамически неуравновешенный ротор при балансировке
рассматривают как полностью сбалансированный ротор, в плос-
костях коррекции которого прикреплены точечные неуравнове-
шенные массы. При вращении такого ротора с постоянной угло-
вой скоростью вокруг неподвижной оси возникают переменные
нагрузкц на одорах ротора и изгиб его оси. Нагрузки на опорах
ротора г А , Fв пропорциональны дисбалансам во всех плос-
костях коррекции Dx ,D2, ...,Z)W:
=0!4 1МаЛ2^+“-+йЛ
F В = аВ 1^1 + аВ 2^2 +. ••• + аВ!рп-
Коэффициент пропорциональности называют балансиро-
вочной чувствительностью, или чувствительностью по дисбалан-
су, и обозначают двумя индексами: первый индекс соответству-
ет названию опоры, а второй — номеру плоскости коррекции.
Балансировочная чувствительность зависит от частоты враще-
ния ротора при балансировке, расстояния от плоскости кор-
рекции до опоры, массы, жесткости, демпфирования и других
параметров ротора и опор. В общем случае а — векторная ве-
личина, определяющая отношение изменения вибраций опоры к
изменению измеряемого значения дисбаланса. Балансировоч-
ную чувствительность находят путем расчета или эксперимен-
тально.
Для жесткого ротора достаточно измерить нагрузки или
вибрации опор на постоянной частоте вращения для того, чтобы
определить главный вектор и главный момент дисбалансов или
два вектора дисбалансов. Эти векторы в общем случае разйые
но значению и непараллельные, лежат в двух произвольных
плоскостях, перпендикулярных оси ротора, и полностью опре-
69
деляют его динамическую неуравновешенность. Корректировку
масс также достаточно провести в двух плоскостях.
Дисбалансы гибкого ротора, определяющие неуравновешен-
ность по и-й форме изгиба, определяют на частотах вращения,
близких к соответствующей п-й собственной частоте изгибных
колебаний системы ротор—опоры, т. е. на частотах вращения,
при которых возникают деформации упругой линии, характер-
ные для и-й формы изгиба. Корректировку масс проводят во
многих плоскостях, перпендикулярных оси ротора, по каждой
форме изгиба.
Упругодеформируемые роторы балансируют на низких час-
тотах вращения как жесткие роторы. Однако корректирующие
массы располагают во многих плоскостях по определенному за-
кону.
Процесс динамической балансировки состоит из следующих
этапов.
На постоянной частоте вращения измеряют нагрузки или
вибрации опор динамически неуравновешенного ротора.
По результатам измерений вибраций опор путем расчета или
экспериментально наводят балансировочные чувствительности
и дисбалансы в плоскостях измерения. Обычно плоскости изме-
рения совпадают с плоскостями опор ротора.
Рассчитывают дисбалансы в заданных плоскостях коррек-
ции, значения и углы корректирующих масс.
Проводят корректировку масс ротора согласно требовани-
ям технической документации.
В зависимости от заданной точности балансировки, класса
ротора, применяемого оборудования и многих других факто-
ров используют различные методы динамической балансировки.
3.2. НИЗКОЧАСТОТНАЯ БАЛАНСИРОВКА
На низкой частоте вращения балансируют жесткие и упруго-
деформируемые роторы. Балансировку проводят на зарезо-
нансных и дорезонансных станках. На зарезоснансном баланси-
ровочном станке амплитуды колебаний подвижных опор про-
порциональны дисбалансам в двух плоскостях:
^4 +аЛ2^;
^В ~аВ 1 + ав 2^2-
или главному вектору и главному моменту дисбалансов ротора:
^4 ст^ст + D ’ I (2)
В = аЯст^ст + aBM^D • j
z Для решения .этих уравнений проводят настройку баланси-
ровочного станка с помощью полностью сбалансированного се-
70
рийного ротора, называемого тарировочным ротором. В процес-
се настройки станка исключают влияние дисбаланса в одной
плоскости на показания индикатора дисбаланса в другой плос-
кости, связывают цену деления индикатора дисбаланса с единица-
ми коррекции, выбранными для плоскостей, определяют ба-
лансировочные чувствительности. В результате настройки при-
боры балансировочного станка будут показывать значения и
угол дисбаланса в каждой плоскости коррекции:
<4>
где коэффициенты J
а 1 ~ав2^^ =аА21^’
а 2 =аВ 1 ’ ^2 = 1 ’
5 ~аВ1аА2'
На дорезонасном балансировочном станке измеряют реак-
ции опор при вращении несбалансированного ротора. При по-
стоянной частоте вращения реак^щи сцюр можно заменить на
дисбалансы в плоскостях опор DA и DB . Тогда дисбалансы в
плоскостях коррекции находят по правилам статики, например,
для межопорного ротора (рис. 3.1) дисбалансы будут:
-> /1 + i _> /2 _>
=--~da ~tdb\
_> l2 + l _> Zi _>
D2=—r-DB ~—Da .
(5)
Настройку дорезонасного станка проводят по трем геомет-
рическим параметрам ротора: расстоянию между плоскостями
коррекции / и расстояниям от плоскостей опор до соответ-
ствующих плоскостей коррекции lif l2.B результате настройки
приборы станка будут показывать дисбалансы в каждой плос-
кости коррекции.
Одноплоскостная балансировка уменьшает дисбалансы
только в одной плоскости коррекции. Этот метод применяют
для динамической балансировки деталей, узлов, роторов раз-
личных типов, дисбалансы которых
сосредоточены в одной плоскости. '
К ним относятся: шлифовальные
круги, шкивы, тормозные бара-
баны, вентиляторы и другие ро-
торы, имеющие одну сосредоточен- Ur-
ную массу на валу, собранную с *
малым торцовым биением.
Рис. 3.1. Межопорный ротор
В
71
Сущность одноплоскостной балансировки на предваритель-
но настроенном станке заключается в измерении значения и
угла начального дисбаланса в плоскости коррекции по показа-
ниям приборов, расчете корректирующей массы и корректи-
ровке масс. 'На ненастроенном балансировочном станке началь-
ный дисбаланс находят с помощью пробных грузов, устанавли-
ваемых в плоскости коррекции.
В зависимости ют измеряемых параметров колебаний опор
зарезонансного станка различают методы: амплитуд, фаз и ам-
плитуд и фаз.
Метод амплитуд. Для определения значения и угла начально-
го дисбаланса в плоскости коррекции по этому методу измеря-
ют амплитуды колебаний одной опоры при вращении ротора с
различно расположенными пробными грузами.
Окружность ротора в плоскости коррекции делят на восемь
равных частей I, 2, ..., 8 (рис. 3.2). В точке 1 прикрепляют
пробный груз тп пр на радиусе и на постоянной частоте враще-
ния ротора измеряют амплитуду колебаний опоры Ur , Пере-
ставляя пробный груз на том же радиусе на 45°, снова измеря-
ют амплитуду колебаний опоры U2. Измерения повторяют при
различных положениях пробного груза, пока не будет обойде-
на вся окружность ротора. В результате получают восемь зна-
чений амплитуд колебаний опоры Щ, U2, ..., U3.
В масштабе строят график в координатах мест установки
пробного груза и амплитуд колебаний опоры (см. рис. 3.2).
Верхняя точка полученной кривой £/маКс указывает тяжелое
место — угол начального дисбаланса относительно 1-й точки,
нанесенной на роторе, а нижняя точка кривой /7МИН указывает
легкое место.
Максимальная амплитуда колебаний опоры £/мин пропор-
циональна сумме начального дисбаланса и дисбаланса, создавае-
мого пробной массой, а минимальная амплитуда колебаний
опоры пропорциональна разности этих дисбалансов:
^макс = С^нач + m прг к ) >
^мин “ (^нач ~ к ) •
Откуда балансировочная чувствительность
О — 2m ПрГ £ / (^макс “ ^мин )
5
Рис. 3.2. Определение дисбаланса методом амплитуд
72
и корректирующая масса
тк “ ^пр
^макс ^мин
^макс + ^мин
Массу пробного груза берут не менее 50% от предполагае-
мой неуравновешенной массы ротора. В то же время центро-
бежная сила от пробного груза не должна превышать 20% силы
тяжести ротора, приходящейся на ближайшую опору, т. е.
пр ^0,2
тА%
Продолжительность одноплоскостной балансировки спосо-
бом обхода контрольным грузом достаточно велика. Так, для
уменьшения дисбаланса ротора в плоскости коррекции надо
сделать 8 ... 12 пусков. Более производительным вариантом
метода амплитуд является способ трех пусков.
Способ трех пусков позволяет определить значение и угол
начального дисбаланса или корректирующей массы по резуль-
татам измерения амплитуд колебаний опоры при трех пусках
ротора с пробным грузом, который устанавливают в три про-
извольные точки окружности ротора в плоскости коррекции.
Окружность ротора делят, обычно, на три равные части 1, 2,
3 (рис. 3.3). Вначале измеряют амплитуду колебаний опоры
Uq ротора без пробного груза wnp, т. е. ротора с начальным дис-
балансом. Затем пробную массу последовательно прикрепляют
в точках 7, 2, 3 и.каждый раз измеряют амплитуды колебаний
опоры U2, и$.
Угол начального дисбаланса находят на основании свойств
косоугольных треугольников, решая систему уравнений:
U\ = Uq + иг20 + 2C/O^iocos^;
U22 = Ul + U2Q + 2f/0 U2o cos (<p + 120°); >
=Ul + U32Q + 26/o^3oCos (<p + 240°),
причем UiQ = U2Q = U3Q — амплитуды колебаний опоры, вы-
зываемые только пробной массой.
Угол определяет угол между начальным дисбалансом и
положением пробного груза при первом пуске ротора — точкой
1 на окружности:
(U\ - з ) (1 ““cos 120°) - - £/2) (1 - cos 240°)
(U\ - £/1 )sin 240° “ (U\ “ £/3 )sin 120°
Подставляя найденное значение в любое уравнение, опре-
деляют величину Ux о и корректирующую массу по формуле
™к -мпр —------- .
и 10
73
Рис. 3.3. Определение дисбаланса способом
трех пусков
Корректирующую мас-
су устанавливают под уг-
лом 180° — от места оп-
тимальной установки проб-
ного груза в направлении
точки, в которой проб-
ная масса дала промежу-
точный результат по
снижению амплитуды ко-
лебаний.
Значение и угол кор-
ректирующей массы на-
ходят с помощью микроЭВМ по прикладной программе.
Прикладная программа для микроЭВМ ’’Вычисление значения и угла
корректирующей массы при балансировке способом трех пусков”.
Вычисляется значение и угол корректирующей массы в плоскости
коррекции ротора.
Исходной информацией для расчета является:
Uo — амплитуда колебаний опоры ротора с начальным дисбалансом;
-^3 амплитуды колебаний опоры ротора при последователь-
ной установке одного и того же пробного груза под углом 120° ;
wnp ~ масса пробного груза.
Программа 3.1. для микроЭВМ ’’Электроника” БЗ-34, МК-54, МК56-Ш-П
Адрес Команда Код Адрес Команда Код Адрес Команда Код
01 ипз 63 21 2 02 41 X 12
02 Fx2 22 22 -7- 13 42 ипо 60
03 ИП2 62 23 ИП6 66 43 — 13
04 Fx2 22 24 — 11 44 ПО 40
05 + 10 25 ИП7 67 45 с/п 50
06 П5 45 26 — 13 46 ИП5 65
07 ИП1 61 27 П5 45 47 Farccos 1-
08 Fx2 22 28 ИП6 66 48 П1 41
09 + 10 29 ИПО 60 49 ИПЗ 63
10 3 03 30 Fx2 22 50 ИП2 62
11 — 13 31 — 11 51 — 11
12 П6 46 32 ИП5 65 52 Fx<0 5С
13 ипо 60 33 X 12 53 56 56
14 Fx2 22 34 2 02 54 ИП1 61
15 — 11 35 X 12 55 1-1 0L
16 F^/~ 21 36 ПО 40 56 П1 41
17 ИПО 60 37 ИП6 66 57 ИП1 61
18 X 12 38 ИП1 61 58 с/п 50
19 П7 47 39 — 11 59 БП 51
20 ИП5 65 40 ИП4 64 60 00 00
Регистры памяти:
ПО — &о, П1 — С/д ;
П2 - U2 ; ПЗ -U3 ;
П4, П5, П6, П7 —оперативные.
74
Инструкция балансировщику
Содержание Набрать число Выполнить коман- ды Резуль тат
1. Включите микрокалькулятор 0 2. Перейдите в режим ’’Програм- мирование” F ПРГ 00 3. Занести программу 3.1 4. Перейдите в режим ’’Работа” F АВТ и очистите программный счет- В/О 0 чик 5. Проверьте правильность набора программы 5.1. Введите контрольную ис- Т хПО; х П4 1 ходную информацию 0 х П1 0 3 Гх/7хП2;хПЗ 1,73... 5.2. Перейдите к выводу С/П 1 результатов С/П 0 6. Вычислите значение и угол корректирующей массы 6.1. Занесите исходную ин- UQ; хПО; хП1 UQ, Ur формацию щтя расчета Цц хП2; хПЗ U2,U3 U2\ U3 хП4 Шдр 6.2. Перейдите к выводу ре- С/П зультатов масса С/П угол
Для вычисления значения и угла корректирующей массы рото-
ра той же геометрии с новыми исходными данными выполните инструк-
цию, начиная с п. 6.
Замечания: 1. Угол корректирующей массы отсчитывать от по-
ложения пробного груза при первом пуске ротора. 2. Угол корректирую-
щей массы соответствует ’’легкому месту”.
Метод амплитуд и фаз. Этот метод предусматривает одно-
временное измерение амплитуды и фазы колебаний опоры при
балансировке ротора. При одноплоскостной балансировке тео-
ретически достаточно двух пусков ротора: первый пуск ротора
с начальным дисбалансом и второй пуск ротора с пробной
массой.
На постоянной частоте вращения измеряют амплитуду 170
и фазу <Ро колебаний опоры ротора с начальным дисбалансом.
Затем в произвольной точке на окружности ротора в плоскости
коррекции прикрепляют пробную массу гапр и на той же часто-
те вращения вновь измеряют амплитуду Щ и фазу колеба-
ний опоры.
В системе координат, связанной с ротором (рис. 3.4) стро-
ят вектор Uq , откладывая под углом 0 отрезок, длина которо-
го, в выбранном масштабе, равна амплитуде колебаний UQ,
75
Рис. 3.4. Определение дисбаланса методом амплитуд и фаз
и вектор Ur. Вектор UQ пропорционален векто-
ру начального дисбаланса 1^нач:
U0 = aD
и нач>
а вектор Ux пропорционален сумме дисбалансов:
t/l — а (Оцач + w пр ) •
Концы этих векторов соединяют и получают векторный
треугольник вибраций, находят вектор
Д q ост npf* •
и балансировочную чувствительность
а=Ьи/ тпргк.
Значение корректирующей массы, или начального дисбалан-
са, вычисляют по формуле
тк =™npUQ/&U ИЛИ />нач=а^о-
Угол корректирующей массы к получают из векторного
треугольника.
Корректирующую массу устанавливают в плоскости под уг-
лом к, отсчет которого при стробоскопическом способе изме-
рения фазы ведется в направлении, противоположном измене-
нию фазы колебаний.
Значение и угол корректирующей массы можно вычислить
аналитическим способом или с помощью микроЭВМ по при-
кладной программе.
Балансировка в двух плоскостях уменьшает дисбалансы ро-
тора в двух плоскостях коррекции. Этот метод применяют для
динамической балансировки деталей, узлов и жестких роторов:
колес легковых автомобилей, узлов коленчатых валов, рото-
ров электродвигателей, приводов металлообрабатывающих
станков и многих других изделий машиностроения.
Сущность двухплоскостной балансировки на предваритель-
но настроенном станке заключается в последовательном или од-
новременном измерении значений и углов начальных дисбалан-
сов ротора в двух плоскостях коррекции по показаниям прибо-
ров станка, расчете корректирующих масс и корректировке
масс в обеих плоскостях.
На ненастроенном балансировочном станке начальные дис-
балансы находят с помощью пробных грузов, устанавливаемых
в плоскостях коррекции или плоскостях измерения.
Находят амплитуды и фазы колебаний двух опор Up,
Ч>А> У в Ротора с исходными начальными дисбалансами. В плос-
кости коррекции 1 на радиусе гк х прикрепляют пробный груз
т{ и вновь измеряют колебания опор ^4 1’ ^В1
76
Рис. 3.5. Двухплоскостная балансировка с
помощью пробных грузов
(рис. 3.5). Снимают груз т х, при-
крепляют в плоскости коррек-
ции 2 на радиусе 2 пробный
груз т 2 и измеряют колеба-
ния опор ротора UA 2 5 UB 2, <рА 2, 2-
В системе координат, связанной с
ротором, строят векторы
вибраций опор и графическим путем находят балансировоч-
ные чувствительности, как описано в методе амплитуд и фаз
аА l’aA2>aBl’a£2-
Рассчитывают коэффициенты уравнений (4):
,а2> » ^2-
В той же системе координат, но в другом масштабе строят
векторы ах UA ; — b х UB; ^а^иА \ Ъгив ъ графическим способом
вычисляют значения D i, D 2 и углы <р i, з начальных дисбалан-
сов в плоскостях коррекции. Определяют неуравновешенные
массы и проводят корректировку масс в обеих плоскостях.
Статико-моментная балансировка уменьшает главный век-
тор и главный момент дисбалансов ротора. Этот метод приме-
няют для статической, моментной и динамической балансиров-
ки деталей, узлов, жестких и упруго деформируемых роторов:
маховиков, крыльчаток центробежных насосов, вентиляторов,
турбин, турбокомпрессоров и других консольных и двухкон-
сольных роторов.
Статико-моментную балансировку проводят на предвари-
тельно настроенном станке или на ненастроенном станке с по-
мощью пробных грузов.
На предварительно настроенном станке с разделением глав-
ного вектора и главного момента последовательно измеряют и
уменьшают, главный вектор и главный момент начальных дис-
балансов ротора по показаниям приборов станка.
Балансировку проводят в следующей последовательности.
Измеряют значение и угол главного вектора дисбалансов.
Рассчитывают значение неуравновешенной массы и проводят кор-
ректировку масс в одной плоскости. Если уменьшение пре-
дусмотрено в двух плоскостях, то корректирующие массы в
этих плоскостях определяют по законам статики. Затем изме-
ряют значение и угол главного момента дисбалансов. Рассчиты-
вают пару дисбалансов и неуравновешенные массы для двух
плоскостей, проводят корректировку масс. При совпадении
плоскости коррекции, в которой устраняется с центром
массы ротора одновременно измеряют и уменьшают главный
вектор и главный момент дисбалансов.
На предварительно настроенном станке с разделением двух
77
плоскостей статико-моментную балансировку проводят расчет-
ным путем.
По показаниям приборов станка находят значения Dx, D2
и углы ^1,^2 дисбалансов в плоскостях измерения. Главный
вектор и главный момент дисбалансов определяют по фор-
мулам :
DCT ~Dy + D 2 j
=^2, 1 + Д2Л2,
где L i, L 2 —; расстояние от плоскостей измерения I, 2 до центра
масс дотора; знак плюс ставят, если угол между векторами
и D2 острый, а знак минус — при тупом угле.
Программа 3.2 для микроЭВМ ’’Электроника” БЗ-34, МК-54, МК-56-Ш-П
Адрес Команда Код Адрес Команда Код Адрес Команда Код
00 2 02 1 ПО 40 2 Сх ОГ 3 П8 48 4 П9 49 5 FLO 5Г 6 17 17 7 ИП1 61 8 ИПА 6- 9 X 12 10 П1 41 1 ИПЗ 63 2 ИПВ 6L 3 X 12 4 ПЗ 43 5 БП 51 6 25 25 7 ИП1 61 8 ИПС 6с 9 X 12 20 П1 41 1 ИПЗ 63 2 ИПД 6Г 3 X 12 4 ПЗ 43 5 ИП4 64 6 ПП 53 7 59 59 8 ИП1 61 9 ИП2 62 30 ПП 53 1 59 59 2 Fx2 22 3 14 4 Fx2 22 ! 5 + 10 | ’ 6 Е\Л 21 7 П6 46 8 С/П 50 9 ИП8 68 40 ИП6 66 1 13 2 Farccos 1~ 3 П7 47 4 ИП9 69 5 Fx< 0 5С 6 53 53 7 3 03 8 6 06 9 0 00 50 ИП7 67 1—11 2 П7 47 3 ИП7 67 4 С/П 50 5 FLO 5Г 6 00 00 7 БП 51 8 02 02 9 t ОЕ 60 F sin 1С 1 F, 25 2 Feos 1Г 3 14 4 х 12 5 FBx 0 6 14 7 F, 25 8 £ 14 9 F, 25 70 X 12 1 ИП9 69 2 +10 3 П9 49 4 & 14 5 ИП8 68 6 +10 7 П8 48 8 В/О 52 Регистры памяти П1 т П2 1 ПЗ m2i П4 ^2 ПА/1,ПВ 12 ПС ПД г2 П6 П7 <ЛМ ПО, П8, П9 — оператив- ные
78
Инструкция балансировщику
Содержание Набрать число Выполнить команды Результат
1. Включите микрокалькулятор 2. Перейдите в режим ’’Програм- РПРГ 0 00
мирование” 3. Занесите программу 3.2 4. Очистите программный F АВТ В/О 0
счетчик 5. Установить переключатель Г/Р/ГРД в положение ”Г” 6. Проверьте правильность на- бора программы 6.1. Введите контрольную 3 П1; ПВ 3
исходную инфор- 4 ПЗ; ПА 4
мацию 1 ПС; ПД 1
90 П2 90
180 П4 180
6.2. Перейдите к выводу В/О, С/П 5
результатов С/П 143, 1301
6.3. Очистите програм- С/П С/П F АВТ/В/О 16, 97 ... 135 135
мный счетчик 7. Вычислите значения и углы главного вектора и главного момента дисбалансов ротора 7.1. Занесите исходную ин- mv; т2 П1; ПЗ mi; т2
формацию для расчета П2; П4
h *> h ПА; ПВ h ’> h
7.2. Перейдите к выводу С/П значение
результатов С/П С/П С/П ^ст угол <р D значение Мр угол <рм
Корректирующие массы в заданных плос^остя^ коррек-
ции находят по законам статики, а векторы Z)CT и МD опреде-
ляют по прикладной программе с помощью микроЭВМ.
Прикладная программа для микроЭВМ ’’Вычисление значения и угла
главного вектора и главного момёнта дисбалансов”.
Вычисляются значения и углы главного вектора и главного момента
дисбалансов ротора.
Исходной информацией для расчета являются:
w?i, т2 — уравновешивающие массы в плоскостях измерения 1, 2;
1 , ~ угловое положение уравновешивающих масс относительно
выбранного началаотсчета, связанного с ротором;
ri > ^2 —радиусы постановки уравновешивающих масс;
, /2 — расстояния от плоскостей измерения до центра масс ротора.
Для вычисления значений и углов главного вектора и главного момен-
та дисбалансов ротора той же геометрии с новыми исходными данными
необходимо выполнять инструкцию, начиная с п. 7.
79
3 а м ечания: 1. Расстояние lt, 12 вводить со знаком минус, если
плоскость измерения 1, 2 расположена слева от центра масс ротора.
2. Угловое положение уравновешивающих масс х, <р 2 отсчитывать
против часовой стрелки для 1-й и 2-й плоскостей измерения.
Пример. Вычислить значения и углы главного вектора и главного мо-
мента дисбалансов ротора, сбалансированного в двух плоскостях изме-
рения. Исходные данные для расчета: = 3 г; т2 = 4 г; = 90° ;
- 180° ; Z, = 40 мм; 12 = 30 мм; г, = г2 = 100 мм. Ответ: DCT =
— 500 г • мм; ст = 143° ; Mj) = 16 970 г • мм2 ; = 135° .
На ненастроенном станке главный вектор и главный момент
находят с помощью пробных грузов, устанавливаемых в плос-
кости коррекции или измерения (рис. 3.6).
Вначале измеряют амплитуды и фазы колебаний двух опор
ротора с начальной статической и моментной неуравновешен-
ностью UA , UB,<p А, у в. Затем в плоскости, перпендикулярной
оси ротора (рис. 3.6, а) и проходящей через его центр масс, при-
крепляют на радиусе пробную массу аист, вызывающую толь-
ко статическую неуоавновешенность, и вновь измеряют колеба-
ния опор
UА ст ’ В ст ’ А ст ’ В ст •
На консольном роторе для создания статической неуравно-
вешенности устанавливают пробные массы тст1, тст2 в двух
плоскостях на радиусах и г2, как показано на рис. 3.6, б.
Значения этих масс рассчитывают по формулам:
т СТ 1 гст Г1 h
ll - l2
т — т гст ll
СТ 2 ст Г 2 ll - ’ h
80
Пробные массы на двухконсольном роторе устанавливают
параллельно друг другу (рис. 3*6, в). Значения пробных масс:
т СТ1 г ст h
'1 г СТ 11 11 12 ’
Z72 СТ 2 “WCT Г2 11 + h
Третий пуск ротора проводят с двумя пробными массами,
вызывающими только моментную неуравновешенность. Массы
прикрепляют в двух параллельных плоскостях под углом 180°.
Значение второй пробной массы связано с первой соотноше-
нием
г\
тМ2 тМ1
г2
Эти две массы создают пару дисбалансов на плече I
(рис. 3.6, г), равную главному моменту дисбалансов:
MD •
В системе координат, связанной с ротором, строят векторы
вибраций опор и так же, как при двухплоскостной балансиров-
ке находят балансировочные чувствительности Од ст, аА м , ав ст,
авм •
Рассчитывают коэффициенты уравнений (4) и графическим
способом вычисляют значения , Мр и углы ст, м начальных
дисбалансов: По тем же формулам, что и пробные, определяют
корректирующие массы. Проводят корректировку масс.
Статическая балансировка в динамическом режиме
уменьшает только главный вектор начальных дисбалансов ро-
тора. Эту балансировку проводят на универсальных станках с
горизонтальной или специальных станках с вертикальной осями
вращения. Для определения главного вектора дисбалансов при
статической балансировке в динамическом режиме применяют
те же способы, что и при статико-моментной балансировке.
Модульная балансировка уменьшает начальные и технологи-
ческие дисбалансы деталей и узлов, допускающих замену их в
роторе без последующей балансировки ротора. Такие детали и
узлы называют модулями. Модулем может быть колесо венти-
лятора, якорь электродвигателя, узел компрессора и другие
81
[модуль
[[модуль
Рис. 3.7. Неуравновешенность жесткого
ротора модульной конструкции
узлы, конструкция которых
отвечает следующим требо-
ваниям:
1. Модули должны допус-
кать не менее двух взаимных
угловых положений одного модуля относительно другого с
углом, близким к 180 .
2. На каждом модуле должны быть предусмотрены плоскос-
ти коррекции.
3. Все посадки в стыках модулей должны иметь гарантиро-
ванные натяги.
4. Отклонение массы модуля от номинального значения не
должно превышать 2%.
Основные положения модульной балансировки состоят в
следующем.
Неуравновешенность жесткого ротора, состоящего из двух
модулей (рис. 3.7), обусловлена смещением главных централь-
ных осей каждого модуля относительно собственной геометри-
ческой оси, определяемой центром цапфы и центрирующей по-
верхностью сопряжения модулей, а также смещением геомет-
рической оси модуля относительно оси ротора. Излом осей в
плоскости стыка возникает за счет погрешности изготовления
центрирующих поверхностей I и II модуля:
6 — 6 1 + 5 2,
где 5^ — смещение оси ротора вследствие погрешности изготов-
ления центрирующих поверхностей I модуля; о г — смещение
оси ротора вследствие погрешностей изготовления центрирую-
щих поверхностей II модуля.
При этом главный вектор начальных дисбалансов ротора
можно представить в следующем виде:
^стнач =^стнач1 +^стт1 + ^стнач2 + ^стт2>
здесь £>СТнач1 Фстначг) “ начальный дисбаланс I и II модуля;
£>сгт 1 Фсттг) “ технологический дисбаланс I и II модуля,
обусловленный погрешностями центрирующих поверхностей.
Аналогичное выражение можно записать и для главного момен-
та начальных дисбалансов ротора.
Если на каждом модуле устранить начальные и технологи-
ческие дисбалансы, то модули будут отбалансированы так, что
они будут полностью взаимозаменяемы. Пробой отбалансиро-
ванный таким образом I модуль может быть собран с любым
II модулем в произвольном взаимном положении без последую-
щей балансировки.
В зависимости от конструктивно-технологических особен-
82
ностёй модули балансируют с применением имитаторов или по
двум сборкам ротора.
Способ модульной балансировки с применением имитато-
ров заключается ,в том, что каждый модуль ротора балансируют
в сборе с имитатором.
Последний представляет собой полностью сбалансирован-
ный узел, имитирующий другой модуль ротора по моментам
инерции, массе и геометрйи и имеющий биение цапфы относи-
тельно сопрягаемых поверхностей, равное ’’нулю”. В этом слу-
чае дисбалансы ротора, возникающие при сборке модуля с
имитатором, обусловлены начальными и технологическими дис-
балансами только модуля.
При динамической балансировке с применением имитато-
ров определяют дисбалансы ротора одним из методов, изло-
женных выше, например, в двух плоскостях измерения. Пере-
считывают дисбалансы в плоскости коррекции модуля по зако-
нам статики. Находят корректирующие массы и проводят кор-
ректировку масс в плоскостях, расположенных на балансируе-
мом модуле. Таким способом балансируют каждый модуль
ротора со своим имитатором.
Балансировка модулей по двум сборкам ротора преду-
сматривает уменьшение дисбалансов в четырех плоскостях кор-
рекции, две из которых расположены на I модуле, а два дру-
гие ~~ на II модуле.
Собирают ротор из двух модуле^ (ри£. 3.8) и сщреде^яют
дисбалансы в плоскостях измерения DA v DB1 (или £>cti , Mdi)-
Разбирают ротор на модули и вновь собирают при другом вза-
имном положении модулей, отличающихся от первоначального
на угол , например, = 180° . Определяют дисбалансы в плос-
костях измерения 2 после второй сборки.
Рассчитывают по прикладной программе на ЭВМ дисбалан-
сы в плоскостях коррекции I и II модулей (см. с. 84).
Затем проводят корректировку масс каждого модуля.
Способ балансировки по двум сборкам используют также
для балансировки деталей роторов немодульной конструкции
с целью уменьшения технологических дисбалансов, обусловлен-
ных погрешностями центрирующих поверхностей балансиро-
вочной оправки.
Рис. 3.8. Расположение модулей при
сборке для модульной балансировки
83
БАЛАНСИРОВКА ДЛЯ МОДУЛЬНОЙ СБОРКИ
РОТОР НД ИЗДЕЛИЕ А №015 СБОРКА №02 ДАТА 86.05.15.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
ЗНАЧЕНИЯ И УГЛЫ ДИСБАЛАНСОВ
ЧАСТИ РОТОРА РАЗВЕРНУТЫ
ПЛОСКОСТЬ 1
(Г.ММ) (ГРАД)
11100 94
ПЛОСКОСТЬ 2
(Г.ММ) (ГРАД)
9340 108
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ РАССТОЯНИЯ
ДО ПЛ 2 ДО ПЛ 3
0,450 0,450
. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
НУЛИ СОВМЕЩЕНЫ
ПЛОСКОСТЬ 2
(Г.ММ) (ГРАД)
1870 356
ПЛОСКОСТЬ 1
(Г.ММ) (ГРАД)
0700 102
ДО ПЛ 1
0,000
ДО ПЛ 4
1,000
ПЕРВЫЙ МОДУЛЬ
ВТОРОЙ МОДУЛЬ
ПЛОСКОСТЬ 1 ПЛОСКОСТЬ 2
(Г.ММ) (ГРАД) (Г.ММ) (ГРАД)
5020 100 9790 100
ПЛОСКОСТЬ 1 ПЛОСКОСТЬ 2
(Г.ММ) (ГРАД) (Г.ММ) (ГРАД)
1810 230 4830 307
Собирают ротор из неуравновешенной детали и полностью
сбалансированной балансировочной оправки. Определяют дисба-
лансы ротора в плоскостях измерения или плоскостях коррек-
ции, например, главный вектор начальных дисбалансов -Ост1о-
Затем снимают деталь с оправки, поворачивают ее на 180°
относительно_рправки и проводят вторую сборку ротора. Вновь
определяют D^. Рассчитывают начальные дисбалансы детали
(в нашем примере Рсгнач) по формуле
£)стнач=^‘ (^сг1 ~^стз),
или по прикладной программе на ЭВМ. Проводят корректиров-
ку масс в плоскостях, расположенных на балансируемой детали.
Многоплоскостная балансировка уменьшает дисбалансы ро-
тора во многих плоскостях (более двух) коррекции. Этот ме-
тод применяют для динамической балансировки упругодефор-
мируемых роторов: валов, роторов многоступенчатых комп-
рессоров, насосов, турбин и других межопорных роторов.
В основе метода лежит определение на низкой частоте вра-
щения начальных дисбалансов ротора в двух плоскостях изме-
рения и корректировка маес во многих плоскостях вдоль оси
ротора.
Дисбалансы в плоскостях коррекции и корректирующие
массы роторов с известным осевым распределением дисбалан-
сов рассчитывают по формулам, описывающим данный закон
распределения. Так неуравновешенность по первой форме из-
гиба уменьшают в трех плоскостях коррекции, дисбалансы в
которых рассчитывают по формулам:
84
Z>2 — a(DA + DB );
^3 = (l-|-)^4
где a — коэффициент первой формы изгиба.
Дисбалансы в плоскостях коррекции роторов с неизвест-
ным осевым распределением дисбалансов считают пропорцио-
нальными смещению оси ротора относительно его главной цент-
ральной оси инерции:
т i -> т di ->
Di = -^-DCI±——
т j z
где mi — условная дискретная масса ротора, приведенная к
z-й плоскости коррекции, например, масса диска компрессора;
Ц — расстояние от z-й плоскости коррекции до центра масс
ротора.
Число и расположение плоскостей коррекции на роторе, а
также закон распределения дисбалансов вдоль оси ротора уста-
навливают в результате предварительных экспериментально-
аналитических исследований ротора на низких и высоких час-
тотах вращения.
В общем случае методика низкочастотной многоплоскост-
ной балансировки заключается в следующем.
На низкой частоте вращения определяют значения и углы
дисбалансов ротора в двух плоскостях измерения DA, <рА,
Рассчитывают дисбалансы в плоскостях коррекции по
формуле
D i — aiD А +
где а/, — соответствующие коэффициенты для z-й плоскости
коррекции. Находят корректирующие массы в каждой плос-
кости:
Проводят корректировку масс ротора последовательно в
каждой плоскости или одновременно во всех плоскостях.^
Расчет и выполняют на микроЭВМ по прикладной
программе.
Прикладная программа для микроЭВМ ’’Вычисление значений и уг-
лов дисбалансов в плоскостях коррекции при многоплоскостной балан-
сировке”.
Вычисляются значения и углы дисбалансов ротора в плоскостях кор-
рекции. Число плоскостей коррекции от 2 до 9.
Исходной информацией для расчета являются:
значения дисбалансов ротора DA, Dr плоскостях измерения А, В\
угол между векторами дисбалансов DA и Dr\ aj, bi (i = 1, 2, 9),
машинные коэффициенты для каждой плоскости коррекции.
Замечание. Угол принимают со знаком плюс при отсчете про-
тив часовой стрелки от£>я к25д. Угол со знаком плюс в результате озна-
85
чает отсчет угла установки корректирующей массы от Од против часовой
стрёлки.
Программа 3.3 для микроЭВМ ’’Электроника” БЗ-34, МК-54, МК56-Ш-П
Адрес Команда Код Адрес Команда Код г — Адрес Команда Код
00 ИПВ 6L 6 /-/ OL 2 1 01
1 ИПС 6С 7 пд 4Г 3 14
2 F sin 1С 8 с/п 50 4 — 11
3 X 12 9 F, 25 5 FBx 0
4 ПО 40 40 — 13 6 14
5 ИПВ 6L 1 Farccos 1- 7 Fx<0 5C
6 ИПС 6с 2 ИПС 6С 8 80 80
7 F cos 1Г 3 Fx<0 5С 9 -> 14
8 X 12 4 48 48 80 <F, 25
9 п& 4L 5 F, 25 1 -> 14
10 Сх ОГ 6 /-/ 0L 2 "о 00
1 С/П 50 7 t ОЕ 3 0-
2 пд 4Г 8 F, 25 4 i D1
3 кипд ГГ 9 ПС 4С 5 14
4 пп 53 50 С/П 50 5 — 11
5 53 53 1 БП 51 7 FBx 0
6 t ОЕ 2 12 12 8 —> 14
7 ИПО 60 3 t ОЕ 9 Fx<0 5C
8 X 12 4 t ОЕ 90 92 92
9 ПС 4С 5 1 01 1 —> 14
20 F, 25 6 0- 2 F, 25
1 ИПВ 6L 7 8 08 3 1 01
2 X 12 8 F 1/х 23 4 0 00
3 14 9 — 11 5 X 12
4 ИПА 6- 60 1 01 6 B/O 52
5 X 12 1 вп ОС Регистры памяти
6 + 10 2 7 07 ПО — опер. ПА— da
7 t ОЕ 3 + 10 ni-Tj 1,т12 ПВ- -DB
8 Fx2 22 4 FBx 0
9 ИПС 6С 5 , — 11 П5- -T15,T25 nc-
30 1 2 3 4 5 Fx2 t вп 1 22 10 21 ОЕ ОС 01 6 7 8 9 70 1 FBx ВП 3 '7' 11 0 ОС 03 0L ОЕ П9-Т! 9, T2 9 П — mki
Инструкция балансировщику
Содержание Набрать число Выполнить команды Результат
1. Включите микро- калькулятор 2. Перейдите в режим ’ ’Программирование’ ’ 3. Занесите програм- му 3.3 86 F ПРГ ПРГ 00
Продолжение инструкции
Содержание Набрать число Выполнить команды Результат
4. Очистите програм-
мный счетчик F АВТ В/О 0
5 .Установите переклю- чатель Г/Р/ГРД в поло- жение ”Г” 6 . Проверьте правиль- ность набора программы 6.1. Ввведите конт- 600,12 П1 600,12
рольную исходную ин- 400 П2 400
формацию 200,02 ПЗ 200,02
0,04 П4 0,04
1200,06 П5 1200,06
50 50 ПА ПВ 50
60 ПС 60
6.2. Перейдите к вы- В/О С/П 0
воду результатов 1 С/П 2,645 ...
С/П -19,1 ...
6.3. Очистите про- граммный счетчик 7. Вычислите значе- ние и угол дисбаланса в каждой плоскости коррекции 7.1. Занесите исход- <4, bi F АВТ/В/О П1
ную информацию для °2, ^2 П2 °2» &2
расчета
&9, &9 da П9 ПА Q9, &9 da
db ПВ db
ч> ПС v
7.2. Перейдите к вы- В/О С/П 0
воду результатов 1 С/П значение
2 С/П угол
С/П значение
d2
С/П угол $2
Коэффициенты а/ и bj можно рассчитать по формулам
' Г, т
В регистрах памяти микрокалькулятора коэффициенты
размещаются попарно (0000, 0000 — до запятой — коэффици-
87
ент а, после запятой — коэффициент Ь, табл. 3.1. Первая цифра
в отведенных для коэффициента ячейках означает его знак (О
соответствует плюсу, а 1 — минусу). Например, для контроль-
ной информации (п. 6.1 инструкции).
Таблица 3.1
Размещение коэффициентов в регистрах памяти
Регистр Значения коэффициентов В памяти микро- калькулятора
bi
П1 0,6 -0,2 600,12
П2 0,4 0 400,
ПЗ 0,2 0,2 200,02
П4 0 0,4 4,-02
П5 “0,2 0,6 1200,06
3.3. ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ БАЛАНСИРОВКА
На высоких частотах вращения балансируют гибкие рото-
ры, которые невозможно сбалансировать низкочастотными ме-
тодами, например, роторы крупных электродвигателей, бумаго-
делательных машин, двухполюсных и многополюсных генера-
торов, паровых и газовых турбин и другие роторы с неуравно-
вешенностью по 1-й, 2-й и более высоким формам изгиба. В
рабочем диапазоне частот вращения этих роторов лежит
несколько критических скоростей, так, например, критические
скорости ротора генератора ТВ2-150-2 равны 933 и 3400 с‘ 1.
Основное отличие высокочастотной балансировки от низ-
кочастотной состоит в том, что кроме уменьшения динамичес-
ких нагрузок на опоры снижают также динамический прогиб
ротора во всем рабочем диапазоне частот вращения. Высокочас-
тотную балансировку приводят на частотах, близких к крити-
ческим, при которых ротор изгибается по соответствующей
форме (1-й, 2-й и т. д.). На этой частоте измеряют вибрации
опор при пусках ротора с исходной неуравновешенностью и с
пробными грузами. Последовательно определяют и устраняют
дисбалансы по формам изгиба во многих плоскостях коррек-
ции, устанавливая единичные корректирующие массы или си-
стемы. корректирующих масс вдоль оси ротора. Значение и
углы корректирующих масс вычисляют на ЭВМ по прикладным
программам. Качество высокочастотной балансировки оцени-
вают по уровню вибраций опор на стенде или на месте уста-
новки.
Основными методами балансировки гибких роторов явля-
ются:
балансировка по формам изгиба ротора,
комбинированная балансировка,
88
балансировка с использованием коэффициентов влияния.
Метод балансировки по формам изгиба применяют на раз-
гонно-балансировочных стендах при изготовлении межопорных
роторов, имеющих ярко выраженную неуравновешенность по
1-й или 2-й форме с критическими частотами, близкими к ра-
бочей частоте вращения.
Методика балансировки состоит в следующем.
Ротор разгоняют до частоты, близкой к 1-й критической
скорости, и измеряют вибрации опор. В средней плоскости ро-
тора прикрепляют пробную массу (рис. 3.9, а) и измеряют виб-
рации на той же частоте вращеция. По результатам двух пусков
ротора рассчитывают значение и угол корректирующей массы и
проводят корректировку масс в средней плоскости.
Затем ротор разгоняют до скорости, близкой ко 2-й крити-
ческой, при условии, что эта скорость ниже наибольшей рабо-
чей скорости, и измеряют вибрации опор. В двух крайних плос-
костях прикрепляют пару таких пробных масс под углом
180° (рис. 3.9, б), которые не вызывают дисбаланса по 1-й
форме изгиба, и вновь измеряют вибрации опор. После расчета
и установки корректирующих масс переходят к балансировке
по 3-й форме изгиба или добалансировке ротора на рабочей час-
тоте, если она лежит между критическими, по той ближайшей
форме, которая осталась недостигнутой.
Комбинированный метод балансировки применяют на раз-
гонно-балансировочных стендах с целью уменьшения главного
вектора и главного момента дисбалансов ротора как жесткого.
Вначале проводят низкочастотную балансировку ротора в
докритической области.
Затем ротор раскручивают до частоты, близкой к первой
критической частоте, и измеряют вибрации опор. В трех плос-
костях прикрепляют пробные массы (рис. 3.10, а), не нарушаю-
щие сбалансированность ротора как жесткого. Дисбалансы, соз-
даваемые пробными массами в крайних плоскостях, связаны с
дисбалансом в средней плоскости соотношениями:
=^D3 г-* ’ ^5 1 •
1 л а + b а + Ъ
Рис. 3.9. Расположение пробных масс
формам изгиба
при балансировке гибкого ротора по
89
Рис. 3.10. Расположение пробных масс при балансировке гибкого ротора ком-
бинированным методом
Измеряют вибрации опор ротора с системой пробных грузов,
рассчитывают и устанавливают корректирующие массы в 1,3
и 5-й плоскостях.
После балансировки по 1-й форме ротор раскручивают до
частоты, близкой ко 2-й критической скорости, ’и измеряют
вибрации опор. В четырех плоскостях прикрепляют пробные
массы (рис. 3.10, б), не искажающие предварительную баланси-
ровку ротора как жесткого тела и балансировку по 1-й форме
изгиба:
Dt =D2 — ; D2=D4; Ds =D2 - .
a a
Раскручивают ротор, измеряют вибрации опор, рассчитыва-
ют и устанавливают корректирующие массы в 1, 2, 4 и 5-й
плоскостях.
Заключительным этапом комбинированной балансировки
является балансировка на рабочей частоте, если она требуется.
Метод балансировки с использованием коэффициентов
влияния, называемый также методом балансировочных чувст-
вительностей, применяют при балансировке гибких роторов и
роторных систем (валопроводов) в эксплуатационных услови-
ях на месте установки, например, на электростанции. Этот ме-
тод основан на влиянии пробных масс и их комбинаций на виб-
рации опор валопровода при различных частотах вращения.
Измеряют вибрации опор на различных установившихся час-
тотах вращения, при которых проявляется прогиб по формам
изгиба. В первую плоскость прикрепляют пробную массу и
изменяют вибрации на тех же частотах вращения, что и при пер-
вом пуске. С первой плоскости снимают пробную массу и уста-
навливают ее во вторую плоскость и вновь проводят измерения
вибраций. Последовательно измеряют вибрации на выбранных
частотах вращения при установке пробного груза в остальных
плоскостях.
90
Вычисляют коэффициенты влияния по уравнению
_ вектор колебаний с пробной массой - вектор колебаний без пробной массы
пробная масса в плоскости j
где z= 1, 2,..., mn; j= 1, 2, ..., q (здесь m — количество измери-
тельных пусков, п — число датчиков вибраций, q — число плос-
костей коррекции). На ЭВМ по прикладной программе рассчи-
тывают корректирующие массы и устанавливают их в плоскос-
ти коррекции.
На практике используют программы с учетом одного, двух,
трех и четырех параметров. Так, для учета трех параметров на
ротор необходимо установить пробную массу в трех плоскос-
тях и провести три пуска. После измерения всех вибраций ЭВМ
автоматически определяет коэффициенты влияния, значения и
углы всех корректирующих масс. Последние устанавливают на
ротор и проводят контрольный пуск при заданной угловой ско-
рости вращения. Если результаты не удовлетворительны, то ба-
лансировку повторяют, вычисляя поправочные корректирую-
щие массы. Затем проводят контрольный пуск и т. д.
По мере накопления информации о балансировке однотип-
ных роторов при балансировке используют коэффициенты вли-
яния, определенные ранее. При этом отпадает необходимсть в
установке пробных масс. Например, для ротора генератора
типа ТВ-100-2 средний коэффициент чувствительности к двум
симметричным грузам равен 25 мкм/кг.
Если исходную информацию для расчетов вводят в ЭВМ
вручную, то в этом случае заполняют специальный бланк и сда-
ют его на вычислительный центр, откуда затем получают резуль-
тат расчета.
3.4. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ОСОБЕННОСТИ БАЛАНСИРОВКИ
Процесс балансировки некоторых роторов имеет ряд кон-
структивно-технологических особенностей.
Роторы, отнесенные к 1-му и 2-му классам точности, роторы
с изменяемой геометрией масс необходимо балансировать в
собственных подшипниках и в собственном корпусе с соблюде-
нием условии эксплуатации.
Процесс балансировки в этом случае имеет следующие осо-
бенности: паразитная масса корпуса нарушает расчетный режим
работы станка; кроме дисбалансов появляются дополнительные
источники вибраций.
Расчетный режим работы станков основан на законах стати-
ки, поэтому перемещение неуравновешенными силами ротора
паразитной массы корпуса нарушает этот режим работы и зат-
рудняет балансировку. Для исключения влияния паразитной
91
Рис. 3.11. Установка ротора на
балансировочной рамке
массы проводят инерционное регу-
лирование режима работы станка с
помощью балансировочной рамки
(рис. 3.11.). При этом добиваются
устранения влияния паразитной мас-
сы так, чтобы____
т LALB-J - 0.
где tn и/ — соответственно масса и
экваториальный момент инерции ро-
тора с корпусом и рамкой; Ьд , LB —
соответственно расстояние от центра
масс ротора до опоры А, В.
Дополнительные источники вибрации обусловлены:
погрешностями изготовления и сборки роторов и опор -- не-
соосность соединяемых роторов, биение посадочных поверх-
ностей муфт, овальность цапф, перекос наружных колец под-
шипников качения;
наличием смазочного материала в опорах трения скольже-
ния — автоколебания, резонансные биения;
асимметрией тел качения, зазорами между телами качения и
погрешностями изготовления подшипников качения — волни-
стость дорожек качения, гранность тел качения, дисбаланс сепа-
ратора;
аэродинамическими, гидравлическими й электромагнитны-
ми силами;
колебаниями элементов корпуса.
Эти источники вибраций приводят к нестабильным показа-
ниям индикатора дисбаланса, осевым вибрациям, ’’ложным”
дисбалансам. Так при вращении ротора на подшипниках качения
медленно изменяются показания индикатора дисбаланса с
периодом от 1 до 3 мий.
Для уменьшения влияния дополнительных вибраций на
процесс балансировки с помощью балансировочной рамки и час-
тоты .вращения ротора регулируют режим работы станка. Бо-
лее тщательно собирают роторы на балансировочном станке и
выбирают параметры опор. Контролируют перенос наружных
колец подшипников качения, подбирают давление подачи газа
или жидкости в подшипники скольжения, исключающие авто-
колебания и резонансные биения, поджимают в осевом направ-
лении радиально-упорные подшипники качения.
После проведения инерционного регулирования режима ра-
боты станка, выбора частоты вращения ротора и условий работы
подшипников балансировку роторов в собственных подшипни-
ках и в собственном корпусе выполняют рассмотренными выше
методами.
Особенностью динамической балансировки коленчатых ва-
лов является в ряде конструкций установка на шейке вала тех-
нологических втулок.
92
Если многоцилиндровая машина состоит из одинаковых
центральных кривошипно-ползунных механизмов (рис. 3.12) и
для каждого механизма справедливо условие уравновешенности
вращающихся масс кривошипа и шатуна, то
тк р 0$ к р = ~ ШШ А О А кр >
где т к р — масса кривошипа; OSK р расстояние от центра массы
кривошипа до оси вращения; тш д — часть массы шатуна, стати-
чески приведенная к точке А кривошипа:
А ~ BS ш / ш ?
где ОА кр — длина кривошипа; АВШ — длина шатуна.
После отсоединения от коленчатого вала шатуннопоршневых
групп массы кривошипов могут о казаться неуравновешенными.
Такой вал балансировать на станке невозможно без технологи-
ческих втулок или специальной электрической компенсации в
измерительном устройстве станка. Втулки делают разъемными
и такой массы, чтобы их действие на коленчатый вал во время
балансировки заменяло действие шатунно-поршневых групп.
Без технологических втулок балансируют коленчатые валы,
симметричные относительно их средней плоскости, у которых
центр масс кривошипов лежит на оси вращения. К ним относят-
ся валы четырехцилиндровых и шестицилиндровых машин с рас-
положением кривошипов по схеме, показанной на рис 3. 13.
Коленчатые валы двухцилиндровых машин балансируют с
технологическими втулками. Массу технологической втулки
расчитывают по формуле
ОЗк р
тт = ^шА = - Wp ——------
<ЭАкр
93
Втулку надевают на каждую шатунную шейку вала и закреп-
ляют, после чего проводят динамическую балансировку колен-
чат'ого вала рассмотренными выше методами.
Коленчатый вал четырехцилиндровой V-образной машины с
кривошипами, расположенными под углом 90° , и углом разва-
ла цилиндров 90° также балансируют с технологическими втул-
ками. Масса одной технологической втулки для такого вала
тт = т3 + гщ + /Пг А,
где т2 = т3\ т4 = т5 — массы 2, 3, 4, 5-го звеньев; т2д =
= т2 BS2 / АВ — часть массы 2-го шатуна, статически приведен-
ная к точке А кривошипа.
35. ПОГРЕШНОСТИ ДИНАМИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ
Остаточные дисбалансы в плоскостях коррекции ротора
обусловлены погрешностями динамической балансировки. Пог-
решности динамической балансировки определяются:
применяемым методом балансировки;
балансировочным станком или балансировочные комплек-
том;
балансировочной оснасткой;
способом корректировки масс;
производственными помехами.
Остаточные дисбалансы в первую очередь зависят от пра-
вильного выбора метода балансировки. Так, если гибкий ротор
балансировать на низкой частоте вращения, то возникают повы-
шенные вибрации на рабочих угловых скоростях. Другой при-
мер — при балансировке межопорного жесткого ротора в одной
плоскости коррекции вблизи опоры на рабочей частоте враще-
ния возникнут большие нагрузки на другой опоре.
Точность методов низкочастотной балансировки оценивают
коэффициентом уменьшения дисбаланса. Для жестких роторов
коэффициент уменьшения дисбаланса равен отношению умень-
шения дисбаланса к начальному дисбалансу:
остаточный дисбаланс
коэффициент уменьшения = I--------------------------
дисбаланса (К) начальный дисбаланс
Методы балансировки, при которых определяют и устраняют
главный вектор и главный момент начальных дисбалансов или
дисбалансы в двух плоскостях, обеспечивают полную сбаланси-
рованность ротора.
К этим методам относится двухплоскостная и статико-мо-
ментная балансировка, имеющие коэффициент уменьшения
дисбаланса, равный единице (без учета других погрешностей).
Одноплоскостная балансировка не устраняет главный вектор
и главный момент дисбалансов.
94
Рис. 3.14. Амплитудно-частотные характери-
стики гибкого ротора, сбалансированного
различными методами
Коэффициент уменьшения дис-
балансов зависит от геометрии и
начальных дисбалансов ротора, по-
ложения плоскости коррек-
ции. Ориентировочное значение этого
му вектору дисбалансов
коэффициента по главно-
го _ -I ^1>нач
Л р - 1 "------——-- >
&ст нач L
а по главному моменту дисбалансов равно нулю.
Статическая балансировка в динамическом режиме пол-
ностью устраняет главный вектор дисбалансов (K~D = 1) и не
устраняет главный момёнт дисбалансов (Км = 0)Т
Точность многоплоскостной низкочастотной балансировки
упру го деформируемых роторов оценивают по величине проги-
ба вала вблизи первой критической скорости (0,8 wKpl). На
рис. 3. 14 показаны амплитудно-частотные характеристики уп-
ругодеформируемого ротора, сбалансированного различными
методами. Кривая 1 соответствует ротору с начальным дисба-
лансом, т.е. несбалансированному ротору. После двухплоскост-
ной балансировки (кривая 2) прогиб вала уменьшился на 20 %,
пятиплоскостная балансировка ротора в сборе на 50 % снижает
прогибы (кривая 3), а последовательная многоплоскостная
балансировка дает 90 % уменьшения прогиба (кривая 4).
Коэффициент уменьшения дисбаланса при многоплоскост-
ной балансировке по аналогии с жестким ротором лежит в пре-
делах от 0,2 до ОДК
Оценку точности высокочастотных методов балансировки
гибких роторов проводят по уровню вибраций опор в эксплуата-
ционных условиях.
Погрешности динамической балансировки роторов, вызы-
ваемые производственными причинами, будут рассмотрены в
следующих главах.
3.6. КОНТРОЛЬ ОСТАТОЧНЫХ ДИСБАЛАНСОВ
Контроль остаточных дисбалансов ротора проводят в тех же
условиях, в каких проводилась его балансировка. Остаточные
дисбалансы измеряют в плоскостях коррекции или других за-
данных плоскостях. Пересчет измеренных остаточных дисбалан-
сов из одних плоскостей в другие выполняют по правилам ста-
тики.
95
Остаточные дисбалансы контролируют с целью определения
правильности выполнения операций балансировки и неизмен-
ности условий, в каких проводится балансировка. В первом слу-
чае осуществляют сплошной контроль балансируемых роторов.
Во втором случае контролируют несколько роторов из партии.
В зависимости от значений допустимых дисбалансов ротора
и порога чувствительности балансировочного станка используют
следующие методы.
Метод контроля остаточных дисбалансов по показаниям
индикатора дисбаланса применяют при условии, когда допусти-
мый и остаточный дисбалансы более чем в 6,25 раза превышают
порог чувствительности станка по значению дисбаланса.
Сбалансированный ротор раскручивают до частоты враще-
ния, на которой проводилась балансировка, выдерживают его
на этой частоте 2 мин и снимают показания индикаторов дисба-
ланса по каждой плоскости измерения. При этом выбирают та-
кой рабочий диапазон, при котором показания индикатора дис-
баланса находились бы в средней его части. Например, шкала
индикатора дисбаланса класса точности 1,0 имеет абсолютную
погрешность измерения одно деление. Если показания индика-
тора составляют два деления, то погрешность измерения будет
50 %, а если показания составляют 50 делений, то погрешность
измерения будет 2 %.
Зная цену деления, находят значение остаточного дисбаланса
в данной плоскости. Сравнивают допустимое и остаточное зна-
чения дисбаланса, причем
D ост < 1^доп &D.
Если это условие выполняется, то балансировку считают за-
конченной и соответствующей заданной точности.
Пример. Допустимое значение дисбаланса ротора в плоскости коррек-
ции равно 100 г*мм. Порог чувствительности балансировочного станка в
этой плоскости по значению дисбаланса составляет 10 г*мм. После балан-
сировки ротора в плоскости коррекции остался дисбаланс 40 г*мм. Соот-
ветствует ли балансировка заданной точности? Решение: Вдоп —&D =
= 100—10 = 90 г*мм > Рост ~ 40 г*мм, следовательно, балансировка
соответствует заданной точности.
Метод ^контроля остаточных дисбалансов с помощью кдн-
трольного груза применяют при условии, когда допустимый
дисбаланс в 2,5...6,25 раза больше порога чувствительности стан-
ка. По этому методу для определения остаточного дисбаланса
проводят три пуска ротора и снимают показания индикатора
дисбаланса. Один пуск с остаточным дисбалансом и два пуска с
контрольным грузом т, последовательно прикрепляемым в тя-
желом и легком месте в плоскости измерения. Значение остаточ-
ного дисбаланса рассчитывают по формуле
--------Г
Do С Т ~ 2 WWfa -—----- ,
96
где масса контрольного груза равна
(2,5 ... 6,25) ^доп/
Сравнивают остаточное и допустимое значения дисбаланса.
Если Вост < Вдоп - д D, то балансировка выполнена с заданной
точностью.
Пример. Допустимое значение дисбаланса ротора в плоскости коррек-
ции равно 50 г*мм. Порог чувствительности балансировочного станка в
этой плоскости составляет 10 г*мм. После балансировки ротора в плос-
кости коррекции остался дисбаланс 30 г «мм. Соответствует ли баланси-
ровка заданной точности? Решение: £>доп -О = 50 ~10 = 40 г*мм >
> 30 г*мм = Пост, следовательно, балансировка соответствует заданной
точности.
Метод контроля остаточных дисбалансов круговым обходом
контрольного груза применяют при условии, когда допустимый
дисбаланс равен или в 2,5 раза превышает порог чувствитель-
ности станка. По этому методу для определения остаточного
дисбаланса последовательно прикрепляют контрольный груз т
в восьми равнорасположенных точках окружности в плоскости
измерения и снимают показания индикатора дисбаланса так же,
как при одноплоскостной балансировке способом амплитуд.
Для каждой плоскости строят графики в координатах: угол ус-
тановки контрольного груза и показания индикатора значения
дисбаланса. По полученной кривой находят максимальные и
минимальные показания индикатора значения дисбаланса. Зна-
чение остаточного дисбаланса рассчитывают по формуле
Ччакс~ ^мин
Hq с т ^2^* k ТТ гт
ост R ^макс+ ^мин
Масса контрольного груза должна быть
2,5ИдОП/ г .
Данный метод контроля обладает наибольшей точностью.
Полученное значение РОст сравнивают с допустимым значением
дисбаланса. Если ВОст < ^доп» то балансировка проведена с за-
данной точностью.
Статистический контроль остаточных дисбалансов осуще-
ствляют при балансировке большой партии роторов. Заключение
о дисбалансах всей партии делается с некоторой вероятностью
И/ < 1. Значение PV указывается в технической документации
(например, IV = 0,9; 0,95; 0,98; 0,99 или 0,999).
Число роторов, остаточные дисбалансы которых контроли-
руют, вычисляют следующим образом.
Выбирают предварительно 5...7 роторов и измеряют их оста-
точные дисбалансы для каждой плоскости коррекции одним из
методов контроля.
4 Зак 2219 97
Вычисляют средние арифметические значения дисбалансов
этих роторов для каждой плоскости коррекции А и В:
Фл,л)ср \.DA 1,В1 + DA1,B 2 + — + РА1,Вп]
и квадраты среднего квадратического отклонения:
°2 А,В [ (£>Л ДЯср -£>А1,В1)2 + (Ра 1,Вср-&А 1,В2)2 +
+ ••• + Рл7,Вср ~&А 1,Вп)2] •
По табл. 3.2 находят коэффициент Стьюдента t в зависимости
от принятых W и п.
Таблица 3.2
Значения коэффициента Стьюдента t
#-1
0,9 0,95 0,98 0,99 0,999
1 6,31 12,7 31,8 63,7 636
2 2,92 4,3 6,97 9,93 31,6
3 2,35 3,18 4,54 5,84 12,9
4 2,13 2,78 3,75 4,6 8,61
5 2,02 2,57 3,37 4,03 6,87
6 1,94 2,45 3,14 3,71 5.95
7 1,9 2,37 3,0 3,5 5,41
8 1,86 2,31 2,9 3,36 5,04
9 1,83 2,62 2,82 3,25 4,78
10 1,81 2,23 2,76 3,17 4,59
12 1,78 2,18 2,68 3,06 4,32
14 1,76 2,15 2,62 2,98 4,14
16 1,75 2,12 2,58 2,92 4,02
Вычисляют искомое число роторов N по формуле
АГ _ ^^А.В
В доп ~Ва, В.ср)
Если это число N больше предварительно выбранного числа
роторов пу то расчет повторяют для# роторов. Результаты про-
верок с N роторами используют для контроля остаточных дис-
балансов. За значение остаточных дисбалансов всей партии ро-
торов принимают следующий дисбаланс:
^Л,Вост “ Рл,Лср
+1
°* А, В
Партию роторов считают годной при выполнении условия:
/ °л в
(Da,в) ср + V ---------< (°Л.в) доп.
98
Среднее значение (DA гв)ср и дисперсия в совокупности
значений дисбалансов D А, в1, DA ,В2 ... D А>Вгм вычисляются по
прикладной программе на микроЭВМ.
Прикладная программа для микроЭВМ ’’Вычисление среднего ариф-
метического значения и квадрата среднего квадратического отклонения
дисбалансов”.
Вычисляются среднее значение Z)Cp (т^ и дисперсия о2 (^2) сово-
купности значений:
Di,D2, ... J^N {Xi,X2,...,Xn}-
Исходной информацией для расчета являются дисбалансы
Программа 3.4 для микроЭВМ ’’Электроника” БЗ-34, МК-54, МК-56
Адрес Команда Код Адрес Команда Код Адрес Команда Код
00 Сх 01 ПО 02 П1 03 П4 04 С/П 05 Fx2 06 F Вх 07 ИПО 08 + 09 ПО ю 2 11 ИП1 0Г 12 + 10 40 13 П1 41 41 14 КИП4 Г4 44 15 ИПО 60 50 16 ИП4 64 22 17 БП 51 0 18 04 04 60 19 13 10 20 ПО 40 40 21 С/П 50 14 22 ИП1 61 61 23 ИП4 64 24 : 13 25 ИПО 60 26 Fx2 22 27 - 11 28 П1 41 29 С/П 50 Регистры 0 Sx- т t 1 Sx7; т2 4 z; п
Инструкция балансировщику
Содержание . Набрать число Выполнить команды Результат
1. Включите микрокалькулятор F ПРГ 00 2. Перейдите в режим ’’Прог- раммирование” 3. Занесите программу 3.4 0 4. Очистите программный счетчик F АВТ В/О 0 5. Установите переключатель р/гг Г/Р/ГРД в положение Г ' 6. Проверьте правильность набо- ра программы 6.1. Введите контрольную исход- 1 С/П 1 ную информацию 2 С/П 2 3 С/П 3 4 С/П 4 5 С/П 5 6.2. Перейдите к выводу резуль- БП 19 С/П 3 татов С/П 2 6.3. Очистите программный F АВТ В/О 0 счетчик С/П
99
Продолжение инструкции
Содержание Набрать число Выполнить команды Результат
7. Вычислите среднее значение
и квадраты среднего квадратичес-
кого отклонения
7.1. Занесите исходную инфор- мацию для расчета С/П М ь*
Djv
7.2. Перейдите к выводу резуль- БП 19 С/П ®ср
татов С/П о2
В крупносерийном производстве встроенное в измерительное
устройство балансировочного автомата или автоматической ли-
нии решающее устройство принимает и обрабатывает исходную
информацию одновременно с балансировкой всей партии. При-
бор показывает среднее значение дисбаланса и его изменение в
процессе работы на индикаторе- или самописце. По показаниям
этого прибора судят о стабильности процесса балансировки и
предупреждают выпуск бракованной продукции, контролируют
качество предыдущих операций и работу самого балансировоч-
ного станка.
100
ГЛАВА 4
СТАНКИ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ
Описывается устройство, принцип действия и конструкции
основных узлов станков для динамической балансировки; рас-
сматриваются типовые узлы по принципу выполняемых функ-
ций; даются правила оценки норм точности балансировочных
станков единые для заводов-изготовителей и потребителей стан-
ков.
4.1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
БАЛАНСИРОВОЧНЫХ СТАНКОВ
В общем случае балансировочный станок содержит (рис. 4.1) :
балансировочное, приводное, измерительное и корректирующее
устройства, а также дополнительные устройства, которые кре-
пят на станине станка.
Рис. 4.1. Схема балансиро-
вочного станка
Балансировочное устройство является колебательной систе-
мой станка, в которой устанавливается и вращается неуравно-
вешенный ротор. По колебаниям этой системы при балансиров-
ке судят о дисбалансах ротора. В современных станках приме-
няют два типа таких устройств: зарезонансное и дорезонансное.
Зарезонансное балансировочное устройство (рис. 4.2, а) сос-
тоит из двух подвижных опор или платформы и упругих элемен-
тов, подвешивающих опоры на станине станка. Жесткость упру-
гих элементов различна в разных направлениях. В станках с го-
ризонтальной осью вращения упругие элементы сравнительно
жестки в вертикальном направлении, тогда как в горизонталь-
ном направлении жесткость очень мала и подвеска не препят-
ствует колебаниям. При проектировании и изготовлении заре-
101
Рис. 4.2. Балансировочные устройства
зонансных станков подбирают массу опор, длину, жесткость
подвески и другие параметры балансировочного устройства так,
чтобы его собственная частота в горизонтальном направлении
во много раз была ниже частоты вращения ротора при баланси-
ровке.
При вращении неуравновешенного ротора в зарезонансном
балансировочном устройстве подвижные опоры будут колебать-
ся в горизонтальной плоскости. Амплитуды этих колебаний
пропорциональны дисбалансам в плоскостях коррекции ротора,
т.е. описываются уравнениями (2).
Дорезонансное балансировочное устройство состоит из двух
неподвижных опор, жестко закрепленных на станине станка.
Собственные частоты колебаний опор во всех направлениях зна-
чительно превышают частоты вращения балансируемых роторов.
Нижняя часть опоры представляет собой динамометр или сило-
вой мостик. Динамические нагрузки, возникающие в опорах
при вращении неуравновешенного ротора, создают малые пере-
мещения на динамометре (рис. 4.2, б), которые усиливаются
рычажной системой. Сила в опоре пропорциональна перемеще-
нию, т.е.
F А= киА>
где к — коэффициент жесткости опоры в горизонтальном нап-
равлении.
В дорезонансном балансировочном устройстве по схеме си-
лового мостика (рис. 4.2, в) в одном из плеч силового мостика
устанавливают датчик, измеряющий непосредственно динами-
ческую нагрузку от неуравновешенного ротора, описываемую
уравнениями (1).
Балансировочные устройства разгонно-балансировочных
стендов и станков для высокочастотной балансировки гибкйх
роторов имеют одинаковую жесткость во всех направлениях —
являются изотропными и имеют три или четыре опоры.
Принцип действия балансировочных устройств станков с
102
вертикальной осью вращения аналогичен рассмотренным выше.
Эти устройства часто конструктивно объединяют с приводным
устройством. Балансируемую деталь закрепляют в шпиндель-
ном узле. Шпиндель, подвеска, а иногда и приводное устройство
составляют балансировочное устройство станка с вертикальной
осью вращения.
Приводное устройство обеспечивает запуск, поддержание
постоянной угловой скорости вращения и торможение баланси-
руемого ротора. Основными элементами устройства (рис. 4.3)
являются: электродвигатель, коробка передач, тормоз, привод-
ное соединение, схема управления приводным устройством.
В балансировочных станках применяют электродвигатели
переменного или постоянного тока различной мощности, ступен-
чатые и бесступенчатые передачи. Ременные передачи применяют
при относительно небольших передаваемых усилиях. В этих пе-
редачах используют плоские, клицовые и круглые ремни. Зуб-
чатые передачи обеспечивают передачу больших мощностей и
ступенчатое регулирование скоростей вращения. В коробках пе-
редач станков используют цилиндрические зубчатые колеса с
разным числом зубьев, вводимые последовательно в зацепление
друг с другом. Изменение передаточного отношения в приводе
иногда производят сменой зубчатых колес.
Приводное соединение связывает выходной вал коробки пе-
редач с балансируемым ротором. Различают осевое, ленточное и
тангенциальное соединения. Осевое соединение осуществляют с
помощью карданных валов (рис. 4.4) различной конструкции.
В ленточном соединении применяют плоские бесконечные рем-
ни, охватывающие балансируемую деталь (рис. 4.5). Танген-
циальное (касательное) соединение создают прижимные ролики
(рис. 4.6, а) и круглые ремни (рис. 4.6, б).
Приводные соединения способны передавать ограниченные
крутящие моменты. Поэтому во избежание разрушения привод-
ного устройства во время запуска и торможения ротора исполь-
зуют специальную электрическую схему управления привод-
103
Рис. 4.4. Осевое соединение кардан-
ным валом:
1 - привод; 2 - карданный вал; 3 -
балансируемая деталь
Рис. 4.5. Ленточное соединение плоским
бесконечным ремнем:
1 - ремень; 2 - балансируемая де-
таль; 3 — привод
ным устройством, обеспечивающую плавность пуска и останова
ротора.
В исходном положении схемы (рис. 4.7) катушки трехпо-
люсных контакторов и реле времени обесточены. Нормально
разомкнутые контакты контакторов и реле разомкнуты, нор-
мально замкнутые — замкнуты.
При нажатии кнопки ’’Пуск” катушка контактора Мх полу-
чает питание, замыкая свои контакты Мi. В результате напря-
жение питания на электродвигатель ЭДВ подается через две сту-
пени сопротивлений (R i и R 2)- По истечении установленного
времени реле РВХ замыкает свои блокконтакты, подавая пита-
ние на катушку контактора М2 и реле времени РВ2 (последнее
на рис. 4.7 не показано). Контактор срабатывая, своими кон-
тактами М2 шунтирует ступень сопротивлений R i. Через опреде-
ленное время реле РВ2 срабатывает и замыкает свои блоккон-
Рис. 4.6. Тангенциальное соедине- Рис. 4.7. Электрическая схема управления при-
ние: водным устройством
1 - балансируемая деталь; 2 -
прижимной ролик; 3 - круглый
ремень
104
Датчики
Рис. 4.8. Структурная схема измерительного
устройства
Рис. 4.9. Контактные датчики:
1 - постоянный магнит; 2 — катушка;
3 - пружина; 4 - пьезокристалл
такты, подавая питание на катушку контактора М3 , контакты
которого шунтируют ступень сопротивлений R 2 • В результате на
электродвигатель ЭДВ подается полное питающее напряжение.
При срабатывании контактора М3 размыкаются нормально-зам-
кнутые бло^контакты, обесточивая катушки реле времени
и контакторы.
При нажатии кнопки ’’Стоп” схема обесточивается.
Реле времени и сопротивления предварительно регулируют,
добиваясь необходимой плавности пуска.
В схемах управления приводными устройствами мощностью
свыше 4 кВт предусматривается многоступенчатая схема пуска
и торможения ротора с воздушным охлаждением сопротивле-
ний.
Тиристорные системы используют для управления трехфаз-
ными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым
ротором и электродвигателями постоянного тока. Применение
этих систем в балансировочных станках позволяет: управлять
электродвигателем бесконтактным способом, ограничивать
ударные моменты при пуске, получать широкую гамму пуско-
тормозных и регулировочных режимов работы электродви-
гателя.
Измерительное устройство определяет значения и углы дис-
балансов ротора в заданных плоскостях. Его структурная схема
(рис. 4.8) состоит из датчиков, цепи разделения плоскостей
коррекции или измерения, частотно-избирательных средств,
индикаторов значения и угла дисбалансов.
Датчики преобразуют параметры колебаний балансиро-
вочного устройства в электрические сигналы. В балансировоч-
ных станках применяют контактные (индукционные, пьезо-
электрические) и бесконтактные (токовихревые) датчики.
Индукционный датчик представляет собой катушку индук-
тивности (рис. 4.9, а), которая может свободно перемещаться
105
в магнитном поле, образованном постоянным магнитом.
Катушка жестко соединяется с балансировочным устройством.
При колебаниях этого устройства катушка будет также коле-
баться и в ней возникнет ЭДС индукции, величина которой опре-
деляется скоростью изменения магнитного потока, т.е. пропор-
циональна скорости колебаний балансировочного устройства.
При постоянной частоте вращения ротора ЭДС пропорциональна
амплитуде перемещения опор станка.
Пьезоэлектрический датчик основан на пьезоэлектрическом
эффекте. При механической деформации в определенном нап-
равлении, например, кристаллов сегнетовой соли, поляризован-
ной керамики и титаната бария в них возникает электрическое
поле (рис. 4.9, б), изменяющее знаки зарядов при изменении
направления деформации. Величина заряда, возникающего при
пьезоэлектрическом эффекте, пропорциональна действующей
силе.
Индукционные и пьезоэлектрические датчики связаны с ко-
лебательной системой станка, т.е. являются контактными датчи-
ками.
Токовихревые датчики — бесконтактные, поэтому служат
для измерения прогибов вращающихся валов. Принцип дей-
ствия токовихревого датчика основан на индукционных токах
(токи Фуко), возникающих в массивном проводнике, которым
является ротор, помещенном в изменяющееся магнитное поле.
Изменяющееся магнитное поле создается генератором высокой
частоты (рис. 4.10) и колебательным контуром, состоящим из
индуктивности L и емкости С. Изменения зазора между поверх-
ностью датчика и вала при его вращении вызывают изменение
выходного напряжения.
Для отметки угла дисбаланса, частоты вращения ротора
при балансировке применяют генераторы опорного сигнала,
стробоскопы с газосветными лампами, фотоэлектрические и
некоторые другие датчики.
Ротор генератора опорного сигнала представляет собой
двухполюсный постоянный магнит, вращающийся со ско-
ростью балансируемого ротора, и связан с ним жестко. Статор
имеет две взаимно перпендикулярные обмотки и может
поворачиваться в любое фиксированное положение вместе с
Рис. 4.10. Токовихревой датчик
10^
лимбом, нанесенным на корпусе статора. Выходное напряже-
ние Генератора постоянной величины с известной фазой по
отношению к отметке угла на роторе имеет частоту вращения
ротора.
При освещении вращающегося ротора неоновой, импульс-
ной или другой газосветной лампой возникает стробоскопи-
ческий эффект. Этот эффект получается из-за того, что глаз че-
ловека импульсы света с частотой более 10 Гц не различает
как отдельные вспышки, а воспринимает их как непрерывный
поток света. Если импульсы следуют с частотой вращения, то
ротор для человеческого глаза будет казаться неподвижным.
На таком принципе основан стробоскоп, освещающий при ба-
лансировке шкалу (метку), нанесенную на ротор. Освещаемая
цифра указывает угол дисбаланса относительно известного по-
ложения.
Фотоэлектрический датчик срабатывает от контрастной
метки, нанесенной на роторе, и выдает короткие импульсы с
частотой вращения ротора.
При включении датчиков в электрическую цепь в ней поя-
вится напряжение, пропорциональное параметрам колебаний
балансировочного устройства, например, /Г = д £7 , где коэф-
фициенты пропорциональности д постоянны и зависят от кон-
кретных условий балансировки.
Электрическую цепь между виброизмерительными преобра-
зователями и частотно-избирательными средствами называют
цепью разделения плоскостей коррекции (ЦРПК). ЦРПК ав-
томатически решает уравнения (1)-(5) относительно дисбалан-
сов ротора.
Датчики зарезонансного балансировочного станка включе-
ны в ЦРПК последовательно (рис. 4.11, а) с такой полярно-
стью, что их ЭДС действуют навстречу друг другу. В цепи
потенциометрических цепях разделения
Рис. 4.11. Схемы включения датчиков в
плоскостей коррекции
107
компенсирующего датчика включен потенциометр настройки
Rr или R2 . Напряжение на выходе схемы Евых складывается
из полного напряжения основного датчика и части напряжения
компенсирующего датчика. Цепь разделения плоскостей
коррекции дополняется переключателями, реверсирующими
фазу напряжения датчиков, и переключателями, коммути-
рующими потенциометры настройки к тому или другому
датчику. Так как положения ползунков потенциометров и
переключателей различны для разделения 1-й и 2-й плоскостей
коррекции, то органы настройки в схеме дублируются.
Положения ползунков потенциометров зависят от коэффи-
циентов балансировочных чувствительностей. Требуемое поло-
жение подбирают экспериментальным путем при настройке
станка на балансировку ротора определенной массы и геомет-
рии.
В потенциометрических цепях разделения плоскостей кор-
рекции дорезонансного балансировочного станка датчики
включены параллельно (рис. 4.11, б). Разделение плоскостей
обеспечивается положением ползунков потенциометров R i,
R2, которые зависят только от геометрических размеров рото-
ра L i, L 2, Z.
В цепях с операционными суммирующими усилителями (рис.
4.12) потенциометры К i — R3 включены в цепь суммирующе-
го операционного усилителя У1,У2, с помощью которых
решают уравнения относительно Di9 D2. На выходе ЦРПК
получают напряжения Ё\ и Е3 пропорциональные дисбалан-
сам и б2. Для решения необходимо, чтобы ползунки
потенциометров Rr - R3 были установлены в положения,
соответствующие расстояниям L х, L2 I. Такую схему называют
схемой а, &, с, где а = Lr; Ъ = Ь2\ с = /.
В измерительных устройствах балансировочных станков
применяют и другие цепи разделения плоскостей коррекции.
При многоплоскостной балансировке для решения уравнений
(1) в измерительное устройство вместо цепи разделения плос-
костей коррекции включают аналоговые или цифровые вычис-
лительные машины, снабженные программами расчетов.
. Колебания, регистрируемые вибропреобразователями, вы-
зываются как неуравновешенностью ротора, так и погрешнос-
тями динамической балансировки. Составную часть колебаний
от погрешностей называют колебаниями помех в противопо-
ложность полезным колебаниям от дисбалансов.
Для выделения полезного сигнала, изменяющегося с часто-
той вращения ротора, и подавления сигналов помех в измери-
тельных устройствах используют избирательные усилители,
ваттметры, векторметры и другие частотно-избирательные
средства (фильтры).
Избирательные усилители состоят из усилительного каска-
да и фильтра в цепи отрицательной обратной связи. Простей-
108
Рис. 4.12. Цепь разделения плоскостей Рис. 4.13. Интегрирующая цепочка
коррекции с операционными суммирую-
щими усилителями
шим фильтром является интегрирующая цепочка (рис. 4.13,а).
Известно, что при R » 1/а>С напряжение на конденсаторе
F____
2 uRC
sin со t.
Из этого выражения видно, что амплитуды более высоких
гармоник ослаблены больше, чем низких. Частота максималь-
ного ослабления составляет/0 — 2 я соо = 2nlRC. Если такой
фильтр включить в цепь отрицательной обратной связи усили-
теля, то частота /0 будет ослабляться меньше других. Изменяя
сопротивление R, фильтр настраивают, на частоту вращения ро-
тора при балансировке (/о - /б). Тогда амплитудно-частотная
и фазо-частотная характеристики будут иметь вид, показанный
на рис. 4.13, б. Параметры избирательного усилителя подби-
рают так, чтобы небольшие изменения /б (± 3%) не вызывали
заметных изменений характеристик.
Мерой частотной избирательности фильтра является его
добротность q = f § /^f, где^/—полоса пропускания фильтра.
Ваттметр — частотно-избирательное средство, основанное
на электромагнитном взаимодействии двух катушек с токами
(рис. 4.14). Неподвижная катушка питается током опорного
Рис. 4.14. Схема ваттметра
сигнала, а подвижная —током сигнала
от цепи разделения плоскостей кор-
рекции. Если сигнал от датчика опор-
ного сигнала, например, от фотодатчи-
ка, изменяется не по гармоническому
закону, то перед поступлением на ватт-
метр он преобразуется в гармоничес-
кий.
Поворачивая статор генератора,
можно согласовать фазу опорного
109
сигнала с углом дисбаланса. Так как частоты токов одинаковы,
то угловое отклонение подвижной катушки ваттметра опреде-
ляется выражением ф = aJ0Jccos<p, где а — коэффициент про-
порциональности; Jo, Jc — амплитуды токов опорного и изме-
ряемого сигналов, — сдвиг фазы между токами сигналов.
При постоянной скорости вращения максимальное откло-
нение подвижной катушки ваттметра равно <рмакс = л04., где
л о = ^0J0cosO “ const пропорционально полезному сигналу,
т. е. дисбалансу.
Добротность ваттметра определяется отношением частоты
опорного сигнала к частоте собственных колебаний подвиж-
ной катушки 4 = 0,778/0 / /соб- В современных конструкциях
ваттметров добротность равна (0,8...2,6) f0. Векторметр пред-
ставляет собой два ваттметра, установленных в общем корпу-
се и снабженных оптической системой для одновременной ре-
гистрации поворотов рамок.
Более высокой добротностью обладают частотно-избира-
тельные средства с фазовыми детекторами, представляющие
собой электронные устройства.
Индикаторами значения и угла дисбаланса служат ампер-
метры, вольтметры и ваттметры со стрелочной или цифровой
индикацией значений, световые отметки на экране, шкалы и
лимбы на роторе или приводе ротора. В измерительном устрой-
стве бывает один или несколько индикаторов.
Измерительные устройства станков автоматов, автомати-
ческих линий, разгонно-балансировочных стендов и некоторых
специальных станков оснащены запоминающими устройства-
ми, а также электронно-вычислительными машинами.
Измерительные устройства включают также и ряд других
блоков, обеспечивающих их работу.
Корректирующие устройства входят в состав балансировоч-
ных станков, предназначенных для крупносерийного и массо-
вого производства. Они корректируют массу ротора после его
остановки или во время вращения. При работе в автоматиче-
ском режиме корректирующие устройства управляются от из-
мерительного устройства.
В балансировочных станках применяют различные дополни-
тельные устройства, обеспечивающие его функционирование.
Это пневмо- и гидросистемы, загрузочные и накопительные ус-
тройства и т.п.
Способы измерения значений и углов дисбалансов. Рассмот-
рим наиболее распространенные способы измерения с по-
мощью следующих измерительных устройств:
избирательного усилителя и стробоскопа;
ваттметра и генератора опорного сигнала;
избирательного усилителя или ваттметра и бесконтактного
датчика опорного сигнала (фотодатчика);
по
Рис. 4.15. Способы измерения значения и угла дисбаланса
токовихревых бесконтактных датчиков.
В измерительных устройствах, содержащих избирательный
усилитель и стробоскоп (рис. 4.15, а), механические колебания
преобразуются в электрические сигналы. В цепи разделения
плоскостей коррекции из них выделяются сигналы, пропор-
циональные дисбалансам в каждой плоскости, которые посту-
пают в избирательный усилитель. Отфильтрованные и усилен-
ные сигналы поочередно поступают на индикатор дисбаланса и
формирователь импульсов. По шкале индикатора находят зна-
чение дисбаланса ротора в данной плоскости коррекции.
В формирователе импульсов синусоидальный сигнал пре-
образуется в импульсный. Импульс вырабатывается в момент
прохождения дисбаланса через горизонтальную плоскость. Час-
тота следования импульсов равна частоте вращения ротора.
Импульсные сигналы зажигают газосветную лампу, освещаю-
щую ротор, которая вспыхивает за каждый оборот ротора
только один раз на очень короткий промежуток времени. От-
метка на роторе в силу стробоскопического эффекта кажется
неподвижной. Замечая ее положение относительно визира на
стробоскопе или на неподвижной части станка, определяют угол
дисбаланса. Например, на рис. 4.15, а стробоскоп показывает
угол дисбаланса 90° (точка 3). После остановки ротора его
поворачивают в положение, зафиксированное стробоскопом.
Значит, тяжелое место лежит в горизонтальной плоскости.
Ш
При ваттметрическом способе измерения значений^ углов
дисбалансов (рис. 4.15, б) на катушки ваттметра поступают
сигналы из цепи разделения плоскостей коррекции и генерато-
ра опорного сигнала. Для определения значения дисбаланса по-
ворачивают лимб, связанный со статором генератора, добиваясь
максимальных показаний ваттметра.’ Это происходит при сов-
падении фаз опорного и измеряемого сигналов. На шкале инди-
катора дисбаланса указывается его значение.
Угол поворота лимба относительно первоначального гори-
зонтального положения указывает угол дисбаланса. После
остановки ротора совмещают начальные деления лимбов
статора и ротора генератора, поворачивая балансируемый
ротор, жестко связанный с ротором генератора. Тяжелое
место приходит в горизонтальную плоскость.
Если генератор опорного сигнала имеет две обмотки, одна
из которых сдвинута на 90°, то сначала определяют угол дис-
баланса, отыскивая нулевые показания ваттметра. После на-
хождения положения лимба, соответствующего нулевым пока-
заниям индикатора, включают в измерительную цепь вторую
обмотку статора генератора. Так как она повернута на угол
90° (cos = 1), ваттметр даст максимальное показание, про-
порциональное значению дисбаланса.
В измерительных устройствах с индикацией значения и угла
дисбаланса световой отметкой на экране, т.е. в полярных коор-
динатах, сигналы с двух ваттметров поступают на отклоняющие
устройства. Один отклоняет световой луч через зеркало в пер-
пендикулярном направлении, а другой независимо от первого —
в горизонтальном направлении. Показания отмечаются светя-
щейся точкой на круговой шкале. Значение дисбаланса равно
расстоянию точки от центра шкалы. Угол дисбаланса отсчиты-
вают по дуге окружности шкалы.
Работа измерительного устройства с бесконтактным датчи-
ком опорного сигнала показана на рис. 4.15, в. Отсчет значений
и углов дисбалансов проводят непосредственно по шкалам инди-
каторов.
Способ измерения значений и углов дисбалансов с помощью
токовихревых датчиков применяют при высокочастотной балан-
сировке. Предварительно отфильтрованные и усиленные сигналы
сдатчиков (рис. 4.15, г) поступают в запоминающее устройство.
После проведения необходимого числа пусков ротора в цепи
разделения плоскостей коррекции с помощью ЭВМ решаются
уравнения (1). Результаты решения — значения и углы дисбалан-
сов — выводятся на индикаторы.
112
4.2. КОНСТРУКЦИЯ БАЛАНСИРОВОЧНЫХ СТАНКОВ
Основными узлами балансировочного станка являются: ста-
нина, опоры, узлы привода с пультом управления приводным
устройством, датчики, измерительный пульт.
Станина предназначена для установки балансировочного
станка на фундамент и крепления на ней узлов станка. В зави-
симости от массы балансируемого ротора применяют станины
двух типов. Станины тяжелых станков (рис. 4.16) представляют
собой плоские массивные плиты, изготовленные из чугуна или
стали, внутри которых выполнены продольные и поперечные
ребра для придания жесткости и устранения колебаний. В ниж-
ней части плиты находятся отверстия для крепления ее на фун-
даменте. На верхней части плиты имеются направляющие, по
которым передвигаются опорные стойки, и пазы для зажимных
болтов стоек и других узлов станка.
Рис. 4.16. Плита
Станины станков для балансировки роторов массой до 300
кг состоят из двух стоек 1 (рис. 4.17), скрепленных круглыми
направляющими 2, Верхние направляющие крепятся в стойках
тангенциальными зажимами 6, Расстояние между стойками
устанавливают с помощью винтов 3, упирающихся в торцы сред-
ней направляющей, и гаек 4, навинчиваемых на концы нижней
направляющей. Такая конструкция станины обеспечивает высо-
кую надежность и исключает изгиб верхних направляющих в
вертикальной плоскости. Станина устанавливается на 4 регули-
руемых по высоте опорах 5.
Вертикальные балансировочные станки и горизонтальные
станки для роторов малой массы имеют рамную конструкцию.
Рис. 4.17. Станина сборной конструкции
113
Плиту подвешивают на пружинах или жестко крепят к раме.
Опорные узлы образуют балансировочное устройство станка.
Конструкция узла зависит от типа устройства (зарезонансное
или дорезонансное), положения оси вращения (горизонтальное
или вертикальное), частоты вращения при балансировке и дру-
гих причин.
Зарезонансные опорные узлы состоят из стоек 5 (рис. 4.18),
упругих элементов 2 и опор 3, на которых вращается баланси-
руемый ротор.
Стойки 5 устанавливают на направляющих станины и фикси-
руют зажимами 1. Легкие и тяжелые стойки перемещают по на-
правляющим вручную, но для перемещения тяжелых стоек ис-
пользуют зубчатые колеса и рейки, закрепленные на станине
станка.
Упругие элементы 2, обеспечивающие колебания в заданной
плоскости, крепят к стойкам опоры. В качестве упругих элемен-
тов балансировочных устройств применяют пластины и стержни.
Пластины изготавливают из рессорно-пружинной стали постоян-
ной или переменной толщины с сечением в виде прямоугольни-
ка с отношением сторон более чем 1:100. Такие пластины не
вытягиваются под действием силы тяжести ротора, имеют высо-
кую жесткость на кручение и очень маленькую жесткость на
изгиб. Опоры для роторов массой до 50 кг подвешивают на трех
пластинах — двух вертикальных и одной поперечной. Попереч-
ная пластина дает возможность опоре поворачиваться вокруг
вертикальной оси, что необходимо для моментной балансиров-
ки, т.е. опора имеет две степени свободы. Опоры для роторов
большой массы подвешивают на двух вертикальных пластинах.
При этом опрокидывающий момент вдоль оси станка восприни-
мают три пары роликов.
В отличие от пластин стержни имеют одинаковую жесткость в
плоскости колебаний, поэтому обеспечивают две степени свобо-
ды и выдерживают большие нагрузки.
В опоре устанавливаются и зажимаются подшипники балан-
сируемого ротора. Конструкция и материал, из которого сдела-
на опора, определяют ее малую массу. Колебания опоры при ба-
Рис. 4.18. Опорный узел зарезо-
нансного балансировочного станка
114
лансировке передаются датчику через стрежень 4. Сам датчик
устанавливают на стойке опоры. Максимальные перемещения
опоры в горизонтальном направлении ограничиваются винтами.
Для фиксации опоры при транспортировке, во время уста-
новки и снятия ротора, а также разгона и торможения детали в
опорном узле предусмотрен тормоз 6. Корпус тормоза закреп-
лен на стойке. Зажимное устройство под действием пружин воз-
действует на рычаги, фиксирующие опору. Торможение опоры
производится рукояткой или пневматическим зажимом.
Дорезонансные опорные узлы отличаются от зарезонансных
тем, что опоры жестко закреплены на стойках 2 (рис. 4.19) ,
Пружина 4 прижимает опору 5 к пьезодатчику 1. Опоры подве-
шивают обычно на стержнях 3.
Динамометрические опоры (рис. 4.20) изготавливают из од-
ного куска металла. Такую опору непосредственно устанавли-
вают на станинестанка.Наееверхнейчастизакрепляюттехнологи-
ческую опору (например, роликовую). Технологическая опора
с помощью винта 1 может перемещаться по направляющим вверх
или вниз. На подвижной части 2 опоры устанавливают индук-
ционный датчик с рычажным механизмом. Неподвижную часть
4 опоры стержнем 3 соединяют с рычажным механизмом.
В опорах разгонно-балансировочных стендов применяют
изотропную подвеску. Изотропность обеспечивается установкой
стрежней под углом 90° друг к другу.
Балансировочные устройства станков с вертикальной осью
вращения (рис. 4.21) вместо опоры имеют опорный шпиндель
1. Стойки 2 и упругие элементы 3 аналогичны опорным узлам
станков с горизонтальной осью вращения. В зависимости от ти-
па устройства для подвески используют пластины или стрежни.
Применяемые для подвески пластины шире пластин горизон-
Рис. 4.19. Опорный узел дорезонанс-
ного балансировочного станка
Рис. 4.20. Динамометрическая опора до-
резонансного балансировочного станка
115
Рис. 4.21. Балансировочное устройство стан- рИс. 4.22. Шпиндель балансировочно-
ка с вертикальной осью вращения го устройства
тальных станков, чтобы не терять устойчивости под действием
силы тяжести шпинделя с балансируемой деталью. Для деталей
большой массы в основном используют дорезонансные баланси-
ровочные устройства.
Опорный шпиндель позволяет точно устанавливать балан-
сируемую деталь. Шпиндель (рис. 4.22) состоит из вала I, под-
шипников 2, корпуса 3. На валу расположено зажимное устрой-
ство для крепления детали, шкив, муфта или зубчатое колесо
для передачи крутящего момента от приводного электродви-
гателя.
В качестве подшипников шпинделя используют высокоточ-
ные многорядные подшипники качения. Высокая точность изго-
товления и сборки шпинделя обеспечивает минимальные биения
вала, большую жесткость и долговечность опор. Охлаждение
и смазывание подшипников проводится жидким маслом, пода-
ваемым в шпиндель с помощью специальной системы станка.
Узел привода станков с горизонтальной осью вращения
смонтирован на станине (рис. 4.23). В устройствах с ленточным
соединением весь узел может перемещаться по направляющим
станины.
Электродвигатель привода 6 крепится на плите 8 и переме-
щается в качалке 5 поперек направляющих. Качалка подвешена
на раме 7 с помощью двух цапф. Плоский ремень накидывают
на натяжные ролики 4 и ролики леникса 2. С помощью поворо-
та траверсы леникса 3 регулируется расположение обеих ветвей
ремня. При изменении положения плиты в качалке меняется
натяжение ремня. Тормозное устройство 1 обеспечивает быстрый
останов детали после выключения электродвигателя. Вместе с
выключением электродвигателя отключается соленоид 10 тор-
мозного устройства. Пружина 11 сжимает колодками 9 тормоз-
ной барабан. При пуске электродвигателя соленоид с помощью
рычага раздвигает колодки тормоза, преодолевая усилия пру-
жины.
116
Рис. 4.23. Узел привода балансировочного станка с горизонтальной осью вращения
Простейшей коробкой передач с постоянным передаточным
отношением является клиноременная передача (рис. 4.24). На
валу электродвигателя установлен шкив 1, приводящий через
клиновые ремни 2 во вращение шпиндель 3. На шпинделе уста-
навливают сменный шкив 4 для передачи необходимой скорости
вращения ротору.
При передаче больших крутящих моментов ремень натяги-
вают перемещением одного из роликов специальным электрод-
вигателем, дополнительным грузом, пневмоцилиндрами или
вручную винтовой парой.
Аппаратура управления электродвигателем привода смонти-
рована на станине станка или в отдельном шкафу. Электрообо-
рудование станка работает от сети переменного тока напряже-
нием 380 В. Вводной пакетный
выключатель и кнопки управления
установлены на панели* (рис. 4.25).
В станках с тиристорной систе-
мой управления электродвигате-
лем на панели расположен регуля-
тор частоты вращения балансируе-
мого ротора.
Датчики станка являются от-
дельными узлами измеритель-
Рис. 4.24. Клиноременная передача
117
Рис. 4.25. Панель управления приводным устройством
ного устройства. Чувствительные элементы пьезоэлектрических
и токовихревых датчиков находятся в металлическом корпусе.
Корпус имеет резьбу, с помощью которой датчик ввертывают в
стойку станка или корпуса машины (рис. 4.26).
Индукционный датчик (рис. 4.27) представляет собой ка-
тушку 6, установленную на плоских пружинах 5 в кольцевом
пазу сильного постоянного магнита 4 так, чтобы она могла сво-
бодно перемещаться вдоль оси. Магнит укреплен на стойке стан-
ка с помощью пружин 8. Катушка соединена с опорой стержнем
2. Магнит с катушкой закрыт герметичным кожухом 3 с резино-
вой мембраной 1 и крышкой 7 на задней стенке кожуха.
В балансировочных станках применяют индукционные дат-
чики и других конструкций, в которых перемещается не катуш-
ка, а постоянный магнит.
Стробоскопический датчик смонтирован в корпусе 1
Рис. 4.26. Токовихревым датчик:
7 - сердечник; 2 - обмотка; 3 - корпус;
4 - кабель
Рис. 4.27. Индукционный датчик
118
Рис. 4.28. Стробоскопический датчик
2
(рис. 4.28) и соединен стер- ;
жнем 4 с кронштейном 3.
Кронштейн укреплен на нап-
равляющих или станине стан-
ка. Корпус датчика можно
перемещать по высоте, пово-
рачивать вокруг оси и пере-
мещать по направляющим.
Для создания направленного
пучка света служит рефлек-
тор 2.
Все датчики с измерительным пультом соединяют с по-
мощью специальных кабелей и разъемов.
Измерительный пульт зарезонансного балансировочного
станка с избирательным усилителем, стробоскопом и потенцио-
метрической цепью разделения плоскостей коррекции показан
на рис. 4.29. На передней панели пульта находятся органы управ-
ления и настройки измерительного устройства.
Потенциометр 1 и переключатель диапазонов 2 служат для
настройки фильтра на частоту вращения ротора. Корректиров-
ка угла дисбаланса осуществляется потенциометром 3. Исклю-
чение влияния плоскостей коррекции производят с помощью
потенциометров 4 и переключателей фазы датчиков 5. Чувст-
вительность измерительного устройства уменьшают потенцио-
метрами масштаба 6. Органы управления, применяемые при
настройке станка на балансировку ротора определенной геомет-
рии и массы, закрывают прозрачной крышкой и ими не поль-
зуются при балансировке.
Для определения значения и угла дисбаланса в плоскости
измерения пользуются переключателями: 7 — плоскости изме-
рения, 8 — значение и угол дисбаланса, 9 — легкое —тяжелое мес-
то й 10 — масштаб. Отсчет показаний снимают с микроампер-
метра 11, укрепленного на пульте. Его можно поворачивать в
удобное для наблюдения положение.
К задней стенке пульта через штепсельные разъемы подклю-
чаются датчики и кабель питания. При включении пульта заго-
рается сигнальная лампа „Сеть”.
Измерительная схема смонтирована на шасси, которое за-
креплено на передней панели пульта. Сама панель установлена
в кожухе измерительного пульта. Кожух измерительного пульта
стоит на направляющих станка или вмонтирован в отдельный
шкаф пульта управления приводным устройством.
Измерительный пульт дорезонансного балансировочного
станка с ваттметрами и цепью разделения плоскостей коррек-
119
Рйс. 4.29. Измерительный
пульт с избирательным
усилителем, стробоскопом
и потенциометрической
цепью разделения плос-
костей коррекции
ции с операционными суммирующими усилителями показан
на рис. 4.30. Клавишные переключатели на нижней панели слу-
жат для настройки балансировочного станка по геометрическим
размерам ротора. На верхней панели находятся два индикатора
значения и угла дисбаланса в каждой плоскости измерения. Для
проведения измерений при балансировке нажимают клавишу 1.
Переключатель 2 предназначен для установки скорости вра-
щения и чувствительности измерительного устройства. Клавиши
3, 4, 5, служат для выбора метода определения и устранения дис-
балансов ротора. Геометрические размеры балансируемого ро-
тора набирают переключателями гх, г2, а, Ь, с. Значение дисба-
120
®Iodo | (7)|odd |@|оооо м/мЦ
ФМ ФК «ФИ
@ГГЛ1®Ш@ГГПП
. об/мин
I I 1.1.L.1.J®
Рис. 4.30. Измерительный пульт с векторметрами и цепью разделения плоскостей
коррекции с операционными суммирующими усилителями
ланса или корректирующей массы показывают цифровые инди-
каторы 6, 7, а частоту вращения ~ индикатор 8. Одновременно
световой точкой показываются дисбалансы в двух плоскостях
на экранах векторметров 9,10. Яркость световой точки регули-
руют потенциометрами 11 и 12. Измерительный пульт смонти-
рован в отдельном корпусе.
4.3. ТИПЫ БАЛАНСИРОВОЧНЫХ СТАНКОВ
Одним из признаков технологической классификации балан-
сировочных станков служат степень их универсальности, т.е. то
разнообразие роторов, для которых они могут быть использо-
ваны. Чем больше это разнообразие, тем шире технологические
возможности станка. Балансировочные станки разделяют на че-
тыре типа: универсальные, определенного назначения, специаль-
ные и балансировочные комплекты.
Универсальные балансировочные станки используют в серий-
ном производстве для определения дисбалансов роторов различ-
ных конструкций. К этому типу относятся зарезонансные и до-
резонансные станки с осевым или ленточным приводом, обла-
дающие высокой точностью и быстрой переналадкой на новый
тип роторов. На них можно балансировать роторы, отличаю-
щиеся по массе, длине и диаметру в 10»..40 раз. Универсальные
балансировочные станки характеризуются допустимой массой и
121
Рис. 4.31. Внешний вид зарезонансного
балансировочного станка с ленточным при-
водным соединением для роторов мас-
сой до 50 кг
диаметром ротора, расстоянием
между опорами станка, диапазо-
ном частот вращения ротора,
мощностью привода и точностью
станка.
Минимально допустимая мас-
са ротора — масса баласируемого
ротора, при которой обеспечи-
вается заданная точность станка.
Максимально допустимая масса
ограничена прочностью подвески
опор. В нее входит масса ротора,
его подшипников и корпу-
са, оснастки, т.е. вся масса, устанавливаемая на опоры станка.
Допустимый диаметр ротора зависит от расстояния от цент-
ров опор до станины (пола) станка. Максимальное расстояние
между опорами станка ограничено длиной направляющих ста-
нины, а минимальное — толщиной стоек.
У станков, опоры которых имеют гнездо для установки под-
шипника, указывают его диаметр или наибольший диаметр
цапф ротора.
Диапазон частот вращения ротора при балансировке соответ-
ствует частотному диапазону измерительного устройства, часто-
те вращения и мощности приводного устройства.
Универсальные балансировочные станки изготавливают нор-
мальной и повышенной точности.
Основные технические характеристики универсальных ба-
лансировочных станков приведены в табл. 4.1.
Для балансировки роторов массой от нескольких граммов
до десятков килограммов применяют зарезонансные станки с
ленточным приводным соединением (рис. 4.31). Измерительные
устройства этих станков обычно имеют избирательный усили-
тель, стробоскоп и потенциометрическую цепь разделения плос-
костей коррекции. Настройку станка на данный тип ротора про-
водят с помощью тарировочного ротора.
Балансировку роторов массой до 1000 кг выполняют на за-
резонансных и дорезонансных станках как с осевым, так и с
ленточным приводом с разнообразными измерительными уст-
ройствами.
Универсальные балансировочные станки для роторов массой
более 1000 кг изготавливают с осевым приводом и ваттметри-
ческим измерительным устройством. Опоры станков для тяже-
лых роторов делают дорезонансными. На рис. 4.32 показан
внешний вид балансировочного станка мод. ДБ-1001 с привод-
122
Основные технические характеристики универсальных балансировочных станков
Таблица 4.1
Модель балансиров вочного станка Параметры балансируемого ротора Расстояние меж- Диапазон частот , вращения, с Приводное соединение Мощ- ность привода, кВт Точность станка
масса, кг диаметр рото- диаметр цапф ра ду опорами, мм
9703 0,01...0,3 30 16 12...130 23...90 Ленточное 0,05 ДБ-1,5 0,1...1,5 135 30...150 110 0,17 Повышенная 9710 0,3...3 270 30 50...360 23...47 „ 0,08 ДБ-10 0.3...10 540 100 50...500 7.5...60 „ 1,7 9714 0,3...30 500 65 50...700 8...33 „ 0,8 Нормальная ДБ-50 (ДБ-50А) 5...50 540 100 50...700 7,5...60 „ 1,7 Нормальная * повышенная ДБН-50 5...50 200 100 100...800 7.5...200 „ 1,7 9А725 10...100 800 85 180...1 250 13...25 „ 1,7 9А730 30...300 1200 125 150...2 000 10...15 „ 10 Нормальная ДБ-ЗОЗА 100...300 1500 350 200...2 300 7.5...60 „ 13 ДБ-1001 100...1 000 2000 300 200...2500 7.5...10 Осевое 20 9А731 300...3 000 2500 300 350...6 300 6...10 „ 14 9А736 1 000...10 000 3200 360 350...6300 6...7,5 „ 68 МС-20 3 000...30 000 3500 460 600... 6 000 6...7,51 „ 140 9739 10 000 ... 2000 600 2000...11 500 6...7,5 „ 400
... 100 000
Рис. 4.32. Внешний вид зарезонансного балансировочного станка с осевым привод-
ным соединением для роторов массой до 1000 кг
ным электродвигателем, коробкой передач и шпинделем, на
конце которого виден подвижный лимб и приводная муфта.
Приводное устройство с пультом управления и измерительное
устройство смонтированы на отдельной. станине. Масса такого
станка составляет 7100 кг.
Станки определенного назначения предназначены для балан-
сировки колес автомобилей, вентиляторов, электрических дви-
гателей в собственному корпусе и т.п. иди определенных видов
балансировки — статической, высокочастотной. Эти станки ме-
нее универсальны, обладают меньшим диапазоном характерис-
тик, но рассчитаны на большую производительность. Их изготав-
ливают на базе универсальных станков и оснащают дополни-
тельными устройствами (например, корректирующими устрой-
ствами и специальной оснасткой). Особое место среди станков
2-го типа занимают вертикальные балансировочные станки и
станки для высокочастотной балансировки гибких роторов.
Вертикальные балансировочные станки предназначены для
статической балансировки в динамическом режиме деталей, не
имеющих собственных несущих поверхностей. Принцип дей-
ствия и конструкция основных узлов станка аналогичны гори-
зонтальным станкам. Отличительной особенностью вертикаль-
ных станков является наличие шпинделя с вертикальной осью
вращения, на конце которого находится зажимное устройство.
Эти станки характеризуются допустимой массой и диаметром
балансируемой детали, диапазоном частот вращения, мощностью
привода и точностью станка (табл. 4.2).
На рис. 4.33 показан вертикальный балансировочный станок
мод. ПСБ-50 с зарезонансным балансировочным устройством,
осевым приводом и ваттметрическим измерительным устрой-
ством. По вертикальным направляющим станка перемещается
двухшпиндельная сверлильная головка, с помощью которой
производится корректировка масс детали высверливанием не-
124
обходимого количества металла. Станок может работать в полу-
автоматическом режиме.
Таблица 4.2
Основные технические характеристики вертикальных балансировочных
станков
Модель стан- ка Параметры баланси- руемой детали Диапазон частот вра- щения, с’1 Мощ- ность привода, кВт Точность стан- ка, мкм
масса, кг диаметр, мм
9765 1...100 1000 10; 15 2,1 10...4
9766 3...300 1500 6; 15 8,5 10...5
9784Ш 3...30 800 12,5 5
9785Ш 20...100 ИЗО 6,7 7
СБ-12 20...200 600...1100 5 5,5 50
ЭЗ-84 1...17 300 60 1,2 2
Станки для высокочастотной балансировки гибких роторов
имеют дорезонансные опоры, осевой привод с широким диапа-
зоном частот вращения, измерительное устройство с токовихре-
выми датчиками. На высоких частотах балансируют роторы
массой до 300 т. Поэтому с целью уменьшения потерь мощности
на трение о воздух баласировочное устройство с ротором поме-
щают в герметичную камеру, в которой с помощью вакуумного
насоса создается разрежение до 100 Па. Станки для высркочас*
тотной балансировки являются сложными устройствами с до-
полнительными системами, обеспечивающими транспортировку
ротора, смазку его опор, разрежение в камере и т.п.
Специальные балансировочные станки используют в крупно-
серийном и массовом производстве для балансировки роторов
определенной массы и геометрии.
Специальный станок изготавли-
вают в нескольких экземплярах.
Для повышения производи-
тельности балансировки спе-
циальные станки оснащают сред-
ствами механизации и автомати-
зации. Степень автоматизации
станка зависит от условий,
производства * и может быть
различной. В простейшем
случае она включает только
определение дисбалансов, в
более сложном — корректи-
Рис. 4.33. Внешний вид вертикального
балансировочного станка для деталей мас-
сой до 50 кг
125
Основные технические характеристики балансировочных комплектов
Таблица 4,3
Наименование комплекта Модель комплекта Тип вибропреобразователя Максимальный диапазон измере- ния Диапазон частот вращения, Гц Датчик отметки угла
Переносной балансиро- вочный ПДБ-6 10...50
2 мм
Универсальный баланси- ровочный УБП-1 250 мкм 15...100 Стробоскоп
Для исследования и ба- лансировки БИП-5 Индукционный 1000 мкм 15...200
Виброизмерительный ВИП-2 1000 мкм 50 м*с"2 100 мм'с-1 12,5...200
Виброметр переносной ВМ-1 30 м*с"2 1,4...2 800
Измеритель шума и виб- раций ВШВ-003 Пьезоэлектрический 1000 м* с"2 10...20 000 Нет датчика
Токовихревой бескон- тактный виброметр ТВВ-2 Токовихревой 2 мм 5...20 000
Измеритель перемещений ИП-5К 2 мм 10...1 000
ровку масс и транспортировку роторов. Например, полуавтомат
9Г725 служит для балансировки коленчатого вала автомобиля
ЗИЛ-130 (и его модификаций) в сборе с маховиком и диском
сцепления. В станке автоматизированы процессы надевания
муфты приводного вала, определения дисбалансов и корректи-
ровки масс. Продолжительность балансировки — время, необ-
ходимое для проведения балансировочного цикла, включая вре-
мя установки и снятия ротора со станка, — не превышает 90 с.
Продолжительность балансировки станков-автоматов мод.
9А720, предназначенных для роторов электродвигателей, сос-
тавляет 35 с.
Группы станков-автоматов, связанные между собой автома-
тическим транспортером, образуют автоматическую линию.
Продолжительность балансировки коленчатого вала автомо-
бильного двигателя на автоматической линии МА23-25 из семи
станков составляет 67 с, а коллекторного якоря на автомати-
ческой линии -6 с.
Балансировочные комплекты предназначены для определе-
ния дисбалансов роторов при балансировке в собственных под-
шипниках и собственном корпусе без установки на станке. В
качестве балансировочных комплек-
тов используют измерительные ус-
тройства балансировочных станков,
виброизмерительные приборы общего
назначения и специальные балансиро-
вочные приборы (табл. 4.3).
Балансировочный комплект, нап-
ример, мод. ПДБ-6, предназначенный
для балансировки шлифовальных
кругов (рис. 4.34), состоит из вибро-
преобразователя, стробоскопического
датчика отметки угла дисбаланса,
фильтра и индикатора значения дисба-
ланса. Если в комплекте отсутствует
цепь разделения плоскостей коррек-
ции, то для расчета дисбалансов ис-
пользуют микроЭВМ с прикладными
программами.
Рис. 4.34. Внешний вид балан-
сировочного комплекта с ин-
дукционным датчиком и стро-
боскопом
4.4. НОРМЫ ТОЧНОСТИ
Балансировочные станки, также как измерительные прибо-
ры и оборудование, характеризуются чувствительностью, точно-
стью и рабочими диапазонами.
Чувствительностью балансировочного станка называют отно-
шение изменения показаний индикатора значения или угла дис-
баланса к изменению измеряемого значения дисбаланса. Различа-
127
ют чувствительность дорезонансных и зарезонансных станков.
Индикатор дисбаланса дорезонансного станка показывает непо-
средственно значение дисбаланса в измеряемой плоскости, так
как он выпускается заводом-изготовителем, заранее градуиро-
ванным. Чувствительность зарезонансных балансировочных
станков определяют в результате испытаний станка. При этом
чувствительность обычно измеряют в удельных единицах, на-
пример, отклонение стрелки на одно деление соответствует
удельному дисбалансу в 5 г* мм на 1 кг массы ротора.
Если измерительный прибор характеризуется, например,
классом точности 1, то это означает, что показания имеют по-
грешность в 1% от предельного значения шкалы. Поэтому он не
может измерять величины, меньшие погрешности. Точность ба-
лансировочного станка оценивают по минимально достижимым
остаточным дисбалансам контрольного ротора, представляющим
собой меру перемещений опор станка. Точность станков для ди-
намической балансировки нормирует ГОСТ 20076—74 ’’Станки
балансировочные. Нормы точности”. Согласно данному стандар-
ту станки имеют нормальную или повышенную точность.
Станки нормальной точности должны обеспечивать мини-
мальные достижимые удельные остаточные дисбалансы кон-
трольных роторов в плоскостях опор 1...2 мкм, а станки повы-
шенной точности — 0,5...1 мкм. Меньшее значение (1 и 0,5) от-
носится к контрольному ротору максимально допустимой мас-
сы на максимально допустимой угловой скорости вращения
при балансировке. Остаточные дисбалансы контрольных рото-
ров минимально допустимой массы определяют при минималь-
но допустимых частотах вращения.
Балансировочный станок должен иметь возможно больший
диапазон масс роторов, частот вращения, показаний индикато-
ров дисбалансов. В дорезонансных балансировочных станках
рабочий диапазон в основном ограничен минимальной и мак-
симальной массой роторов и максимально допустимой центро-
бежной силой, действующей на опоры. Рабочий дипазон зарезо-
нансных станков определяется прочностью лент и собствен-
ными частотами балансировочного устройства.
Оценка норм точности станков осуществляется на заводе-из-
готовителе и на месте установки станка. В условиям поставки
согласовывается место проведения испытаний балансировочно-
го станка.
Точность балансировочных комплектов определяют так же,
как у измерительных приборов. При поверке приборов и гра-
дуировке датчиков устанавливают: чувствительность, цену де-
ления, интервал деления шкалы, погрешность измерения и диа-
пазон показаний.
Рассмотрим методику испытаний на точность зарезонансных
балансировочных станков.
На опорах зарезонансного балансировочного станка устанав-
128
ливают соответствующий контрольный ротор. Предварительно
настраивают измерительный пульт станка и проводят баланси-
ровку контрольного ротора до минимальных показаний инди-
каторов дисбаланса. Окончательно настраивают измерительный
пульт и с помощью контрольных грузов способом кругового
обхода определяют остаточные дисбалансы в плоскостях кор-
рекции.
Находят значения удельных дисбалансов в плоскостях опор
станка по формуле
-7---7— [ (4/ ± /n0Z2) Di + (4J + m0L2) D2] (6)
m qJ
где знаки плюс и минус в круглых скобках принимаются для
опоры А, а знаки минус и плюс используются для опоры В.
Так как контрольные роторы имеют определенные парамет-
ры (массу, момент инерции и т.п.), то эта формула может быть
упрощена путем подстановки в нее значений m0, J, L. Например,
для контрольного ротора массой 50 кг, экваториальным момен-
том инерции 0,2 кг • м2 и расстоянием между серединами цапф
0,352 м будет
ё^= 0,175Zb-0,135 D2;
0,1351Л+ 0,175 D2 .
В этих формулах удельный дисбаланс получается в микрометрах,
если подставлять D i и D2 в г* мм.
Вычисления удобно выполнять по прикладной программе
для микроЭВМ.
Сравнивая полученные значения удельных остаточных дис-
балансов в плоскостях опор с нормами точности, определяют
точность балансировочного станка.
В качестве измеряемых параметров дорезонансных станков
служат центробежные силы, действующие на опоры. Поэтому
методика оценки точности таких станков отличается от изло-
женной.
На опоры дорезонансного станка устанавливают соответст-
вующий контрольный ротор. По геометрическим размерам ро-
тора настраивают измерительный пульт станка и выполняют
балансировку до устойчивых минимальных показаний индика-
торов дисбаланса. Рассчитывают точность станка по формуле:
показания индикатора (г*мм)
Точность станка (мкм) — ---------------------------—г
масса контрольного ротора (кг)
и сравнивают ее с нормами для обеих плоскостей.
5 Зак 2219
129
Так как точность в этом случае зависит от влияния плоскос-
тей коррекции, то дополнительно определяют коэффициент
уменьшения дисбаланса, характеризующий точность всего из-
мерительного устройства. В качестве нормы принимают 95%
снижение начального дисбаланса при условии отсутствия погреш-
ности корректировки. Чтобы избежать погрешности корректи-
ровки, в плоскости коррекции устанавливают контрольный груз
известной массы, создающий дисбаланс в 20 раз больше, чем
остаточный дисбаланс. При вращении ротора снимают показания
индикатора. Если станок показывает неуравновешенную массу,
то сравнивая показания с массой контрольного груза, получают
показания индикатора
Коэффициент уменьшения _ ___________(?)___________1007
дисбаланса масса контрольного гру
за (г)
Подробнее испытания дорезонансных станков изложены в гл. 6.
130
Г Л А ПЛ 5
СРЕДСТВА БАЛАНСИРОВКИ
Описываются приспособления для балансировочных стан-
ков; даются краткие сведения о средствах измерения, слесар-
но-сборочном и режущем инструментах.
5.1. ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ СТАНКОВ
Приспособлениями называют дополнительное оборудование
к станкам, предназначенное для связывания со станком деталей
и режущих инструментов.
Приспособления для установки и закрепления инструмен-
тов принято называть вспомогательными инструментами.
Все приспособления разделяются на две основные группы:
приспособления общего назначения и приспособления специ-
альные.
Главным признаком приспособлений общего назначения яв-
ляется широкая универсальность. В эту группу приспособлений
входят, например, патроны, тиски, ремни, приводные валы
и т.п. Такие приспособления прилагаются в качестве принадлеж-
ностей к станкам.
Специальные приспособления пригодны только для детали
определенной конструкции или определенной операции, напри-
мер, балансировочная оправка. При проектировании таких при-
способлений стремятся расширить их область применения за
счет типизации основных элементов приспособлений. Элемен-
том называют деталь или простейший узел приспособления,
предназначенные для выполнения определенной функции. Ха-
рактерными функциями являются: установочная, зажимная,
направляющая, соединительная и некоторые другие.
Конструкция приспособлений должна обеспечивать надеж-
ную связь детали (инструмента) со станком; заданную точ-
ность балансировки или обработки; безопасность, удобство ус-
тановки и снятия детали; наибольшую производительность
труда.
Приспособления для балансировочных станков предназна-
чены для установки ротора в балансировочном устройстве, со-
> 131
единения ротора с приводным устройством, ограждения враща-
ющихся частей, поверки и настройки станка.
В первую группу приспособлений входят технологические
опоры, балансировочные рамки и оправки. Ко второй группе
приспособлений относятся приводные валы, шкивы, ленточные
ремни. Третья группа приспособлений — защитные кожухи для
роторов и приводных устройств. Четвертая группа включает
контрольные и тарировочные роторы.
Технологические опоры являются установочными элемента-
ми, связывающими балансируемый ротор с опорами станка.
Элементами для установки цилиндрических несущих поверх-
ностей ротора (цапф) на опорах станка служат: установочные
призмы, подшипники трения скольжения, роликовые опоры.
Элементами для установки подшипников трения качения
служат: полуцилиндрические гнезда, установочные призмы, ко-
сые ролики.
Установочной призмой (рис. 5.1, а) называют элемент, име-
ющий две рабочие плоскости (грани), расположенные под не-
которым углом. Номинальный угол призмы равен 90°, но
используют призмы и с другими углами. Расстояние от центра
призмы до основания должно быть таким, чтобы ось призм сов-
падала с осью станка.
Призмы изготавливают из стали, чугуна, бронзы, графита,
фторопласта и других материалов. Матерйал призмы выбирают
в зависимости от ее назначения. Если призма является опорой
для вращающейся цапфы, то материал подбирают как для под-
шипника скольжения. Призмы для установки подшипников ка-
чения изготавливают из стали, достаточно жесткой, чтобы вос-
принимать силу тяжести ротора и усилия от натяжения ремня.
На опоре станка призму закрепляют винтами. После выстав-
ления соосности опор фиксируют ее положение контрольными
штифтами. Основным недостатком призмы является малая
площадь контакта с цапфой. По этой причине для роторов боль-
шой массы вместо призм применяют полуцилиндрические гнез-
да (рис. 5.1, б).
Установочную функцию выполняет только гнездо — нижнее
полуотверстие. Съемную или откидную крышку строго не фик-
сируют. Она должна равномерно передавать давление зажатия
а) 6) В) г) д)
Рис. 5.1. Технологические опоры
132
на подшипник и не смещать его при закреплении. Полуцилинд-
рические гнезда выполняют во вкладышах. Точность изготовле-
ния вкладышей достаточно высокая. Так как ротор устанавли-
вают на две опоры, то предъявляют высокие требования к от-
клонениям от соосности вкладышей. Для этого оба вкладыша
обрабатывают совместно или пригоняют по месту.
При установке на технологические опоры подшипников ка-
чения возникает перекос внешних колец, что создает погреш-
ность балансировки. В полуцилиндрических гнездах и устано-
вочных призмах перекос колец подшипников нестабильный и
зависит от случайных факторов* Поэтому погрешность баланси-
ровки имеет поле рассеиванвд, затрудняющее учет погрешности
при балансировке. Установочным элементом повышенной точ-
ности является технологическая опора с косыми роликами
(рис. 5.1, в).
Косые ролики — разновидность призм, у которых вместо
рабочих поверхностей установлены ролики под углом 90°. Ро-
лик имеет одну точку контакта с подшипником, что определяет
высокую стабильность положения подшипника при многократ-
ных его установках на косых роликах.
Динамическую балансировку роторов часто проводят на
технологических подшипниках качения, в качестве которых ис-
пользуют подшипники, тех же типоразмеров, что и рабочие, но
повышенной точности с малыми радиальными зазорами.
Подшипники качения устанавливают на цапфы ротора с га-
рантируемыми зазорами, величины которых обычно указывают
в технической документации. Иногда для обеспечения гаранти-
руемого зазора растачивают отверстие внутреннего кольца
подшипника. При этом биение базового торца относительно
внутреннего диаметра кольца не должно превышать 9 мкм, а
овальность и конусность — 5 мкм.
При балансировке роторов используют также подшипники
скольжения (рис. 5.1, г) с полужидкостным и жидкостным
трением. При этом трущиеся поверхности разделяются слоем
жидкости, что значительно снижает трение скольжения твердых
тел. Применение газа для разделения поверхностей еще больше
уменьшает сопротивление трению скольжения.
Эксплуатационные характеристики подшипников скольже-
ния определяются коэффициентом трения, моментом трогания
и сложностью в обслуживании. Коэффициент трения изменяет-
ся в зависимости от конструкции в очень широких пределах —
от 0,1 до 0,005. В момент начала вращения коэффициент трения
резко повышается за счет режима полусухого трения, возрастая
до 0,1 и даже более. Подшипники скольжения удобнее, компак-
тнее и надежнее для миниатюрных и крупных цапф роторов.
Подшипник скольжения в основном состоит из корпуса и
вкладыша, на который опирается цапфа. При балансировке при-
меняют разъемные подшипники. Такой подшипник удобен при
133
сборке и позволяет регулировать зазор между цапфой ротора и
вкладышем, возрастающий вследствие их износа в процессе ба-
лансировки. Для этого между верхним и нижним вкладышами
при сборке размещают прокладки из тонких пластинок, после
удаления которых при ремонте можно с помощью болтов под-
тянуть вкладыши и уменьшить зазор. При значительных нагруз-
ках на подшипник на рабочей поверхности вкладыша делают
канавку для смазочного материала.
Нормальная работа подшипника скольжения возможна при
условии равномерного распределения нагрузки по длине вкла-
дыша. В противном случае возникает заедание вкладыша и цап-
фы. Для предотвращения этого тщательно устанавливают соос-
ность опор и применяют самоустанавливающиеся подшипники
с внутренним сферическим кольцом и желобом.
Вкладыши изготавливают из сплавов цветных металлов, чу-
гуна и неметаллических материалов, обладающих достаточной
прочностью, антифрикционными свойствами, высокой износо-
стойкостью и хорошей прирабатываемостью к цапфе вала. Это
бронза, баббит, латунь, алюминиевые сплавы, легированный се-
рый чугун, графит с пропиткой свинцом и баббитом, фторо-
пласт-4, капралон, капрон и т.п.
В технологических подшипниках скольжения в основном
возникает сухое, граничное или полужид костное трение. В тех-
ническом паспорте на такие опоры указывают допустимыми
значениями удельного давления, скорости скольжения, тепло-
вого режима, вид, количество и периодичность смазки. Удель-
ное давление и скорость скольжения рассчитывают соответствен-
но по формулам:
Р ~ mgl (Id)-, v=^6d/2,
а тепловой режим (критерий) равен их произведению pv; здесь
т — масса ротора, приходящаяся на опору; I — длина цапфы;
d — диаметр цапфы; gj6 — угловая скорость вращения при ба-
лансировке.
В подшипниках скольжения с подачей жидкости или газа
под давлением устанавливают вид, расход и давление подачи
смазочного материала.
Роликовые опоры (рис. 5.1, д) имеют ряд преимуществ по
сравнению с другими типами технологических опор:
большая универсальность, так как на одной и той же паре
роликов возможна установка роторов с большим диапазоном
диаметров цапф;
малый коэффициент трения, высокие удельные давления и
угловые скорости вращения.
' К недостаткам роликовых опор относятся помехи, возника-
ющие из-за погрешностей формы и взаимного положения по-
верхностей самих роликов и подшипников, на которых они
смонтированы.
134
Роликовая опора состоит из основания с двумя опорными
роликами, откидной (съемной) .крышки с прижимным роли-
ком. Основание может перемещаться по вертикальным направ-
ляющим с помощью винта. Опорные ролики зафиксированы на
основании в одном из нескольких возможных положений. В не-
которых конструкциях роликовая опора поворачивается на не-
большие углы вокруг вертикальной оси опоры станка, что обес-
печивает ей вторую степень свободы. Прижимной ролик может
перемещаться в вертикальной плоскости и фиксироваться в
требуемом положении на крышке. Его используют для прижи-
ма цапфы с целью безопасности и при балансировке консоль-
ных роторов.
Для уменьшения помех при балансировке ролики изготав-
ливают определенного диаметра. Отклонение формы наружной
поверхности ролика (до диаметров 260 мм) не должно превы-
шать 4 мкм, а отклонения расположения роликов в сборе на
опоре, такие, как радиальные и торцевые биения, непараллель-
ность, — должны соответствовать III—IV степени точности.
В зависимости от материала и конструкции роликов устана-
вливают допустимую нагрузку на роликовую опору. Сила тя-
жести ротора, приходящаяся на опору, не должна превышать ус-
тановленного допустимого значения.
Детали и узлы, не имеющие собственных несущих поверх-
ностей, монтируют на балансировочных оправках.
Балансировочные оправки являются промежуточными ус-
тановочными элементами, связывающими балансируемые дета-
ли и узлы, которые не имеют собственных несущих поверхнос-
тей, с технологическими опорами. За установочную базу прини-
мают ту поверхность детали, по которой осуществляется сопря-
жение последней с другими деталями ротора.
Установочные базы бывают плоские, цилиндрические, кони-
ческие и др. Плоские поверхности устанавливают на три опор-
ных штифта или сухаря. Детали с отверстиями устанавливают
на цилиндрическую или коническую поверхность оправки. Эта
поверхность должна обеспечивать высокую точность и стабиль-
ность центрирования детали. Смещение детали с оси оправки ве-
дет к погрешностям балансировки.
Цилиндрическую посадочную поверхность оправки изготав-
ливают с высокой точностью, обеспечивая в первую очередь ее
минимальное биение относительно оси оправки. Посадку детали
на оправку осуществляют с гарантированным зазором.
Установочную поверхность оправки делают конусной, чтобы
деталь удерживалась только силой трения. Благодаря высокой
точности базы погрешность установки детали на конусной по-
верхности равна нулю.
Детали с установочными базами типа валов центрируются на
оправках цилиндрическими или коническими отверстиями.
Перекос детали на оправке предотвращается наличием тор-
135
цовой плоской поверхности, строго перпендикулярной оси.
Зажим детали на оправке должен обеспечивать безопасность
в работе, быстроту действия, удобство установки и снятия де-
тали. Для этих целей применяются простые винтовые зажимы с
подвижной гайкой. Под гайку подкладывается шайба. Для того
чтобы не свинчивать гайку при снятии детали, внешний диаметр
гайки делают меньше диаметра отверстия детали, а шайбу вы-
полняют разрезной для быстрого съема.
В тех случаях, когда требуется повышенная точность и про-
изводительность балансировки деталей, применяют оправки с
самоцентрирующими зажимными устройствами. К ним отно-
сятся устройства с неразрезной цангой, мембранные, с гидро-
пластом, а также кулачковые. Эти устройства широко исполь-
зуют для установки деталей на шпинделях вертикальных балан-
сировочных станков.
Оправки для горизонтальных балансировочных станков бы-
вают межопорные и консольные. Межопорные оправки предназ-
начены для деталей с отверстием, а консольные — для деталей
без отверстия.
Типовая балансировочная оправка (рис. 5.2), кроме устано-
вочных поверхностей 3, имеет цапфы 1 и поверхность для при-
водного ремня 2 или приводную муфту. Все рабочие поверх-
ности тщательно обработаны, имеют высокую твердость и изно-
состойкость. Оправки изготавливают из легированных конс-
Рис. 5.2. Балансировочная оправка
трукционных сталей. Динамическую балансировку оправок
проводят в двух плоскостях коррекции. Допустимые дисбалан-
сы в плоскостях коррекции должны быть на класс выше допус-
тимых дисбалансов деталей, для которых предназначена оправ-
ка. В процессе эксплуатации периодически контролируют гео-
метрические размеры оправки и ее дисбалансы. Хранят оправки
в вертикальном положении, оберегая от повреждений, загрязне-
ний и коррозии.
Балансировочные рамки предназначены: 1) для установки
роторов на опорах станка при балансировке в собственных под-
шипниках и в собственном корпусе; 2) установки консольных
роторов на опорах зарезонансных балансировочных станков;
3) регулирования режима работы станков.
Основными элементами балансированной рамки (рис. 5.3)
являются технологические опоры 1 для установки балансируе-
мого ротора, опорные узлы 2 для крепления рамки на станке,
корпус 3 или направляющие.
В качестве технологических опор ротора используют устано-
136
Рис. 5.3. Балансировочная
рамка
вочные призмы, полуцилиндрические гнезда, подшипники тре-
ния скольжения. Корпус роторов размещают на плоской по-
верхности рамки и зажимают винтовым зажимом или метал-
лической лентой. В специальных рамках технологические опо-
ры неподвижно закреплены на корпусе. Технологические опо-
ры универсальных рамок могут передвигаться по направляю-
щим и фиксируются в заданном положении.
Конструкция опорных узлов рамки определяется конструк-
цией опор станка. Они могут иметь цилиндрическую или плос-
кую поверхность. На станках, опоры которых имеют две степе-
ни свободы, рамку крепят неподвижно. На опорах с одной сте-
пенью свободы рамку устанавливают с помощью шарниров,
обеспечивающих ей малые угловые перемещения. Роль шарни-
ров выполняют упорные подшипники скольжения или качения,
внутренее кольцо которых связано с рамкой, а внешнее с опо-
рой станка.
На корпусе рамки (направляющих) крепятся все элементы
конструкции. Конструкция рамки должна отвечать следующим
дополнительным требованиям:
обладать высокой жесткостью во всех направлениях;
центр массы рамки с ротором должен находиться на оси
станка между его опорами;
не нарушать расчетный режим работы станка.
Смещение центра массы ротора к одной из опор станка, на-
личие большой паразитной массы (технологические опоры, кор-
пус, рамка) нарушают расчетный режим работы станка. Пони-
жается порог чувствительности и производительность баланси-
ровочного станка. Если балансировка в этих условиях не обес-
печивает заданной точности, то с помощью рамки регулируют
режим работы станка. Регулирование режима работы выполнят
ют двумя способами.
По первому способу необходимый режим устанавливают пу-
тем изменения паразитной массы. К опорным узлам рамки
прикрепляют такие дополнительные массы, которые увели-
чивают чувствительность станка. Это происходит, когда центр
масс балансировочного устройства с ротором, рамкой и допол-
нительными массами будет находиться в середине между опо-
рами.
137
По второму способу регулирование режима работы станка
достигается изменением геометрии рамки (ее длины) и положе-
ния балансируемого ротора. Последовательно перемещая техно-
логические опоры с ротором и опорные узлы рамки по направ-
ляющим, находят их оптимальное положение, при котором по-
рог чувствительности станка выше допустимого значения дис-
баланса. Это наблюдается при условии mLALB где m —
вся паразитная масса вместе с массой ротора; LА (LB) ~ рас-
стояние от центра масс балансировочного устройства до опоры
станка А (В); J — экваториальный момент инерции балансиро-
вочного устройства.
Балансировочная рамка отвечает тем же техническим требо-
ваниям, что и механическая часть станка. Отклонения от парал-
лельности направляющих и оси технологических опор в верти-
кальной и горизонтальной плоскостях, отклонения от сооснос-
ти опор соответствуют VIII-К степени точности.
В процессе эксплуатации балансировочные рамки периоди-
чески контролируют на соответствие заданным техническим
требованиям, оберегают от повреждений, загрязнений и корро-
зии.
Приводной вал является основным элементом осевого сое-
динения. В балансировочной практике широко применяются
двухшарнирные приводные валы, а также приводные валы с уп-
ругими или зубчатыми муфтами.
Двухшарнирные приводные валы имеют жесткую конструк-
цию, обеспечивающую передачу больших крутящих моментов.
Такой приводной вал (рис. 5.4) состоит из вала 1 и двух шар-
нирных муфт 2 на его концах. Шарнирные муфты передают кру-
тящий момент и допускают перемещения самого вала в двух
Рис. 5.4. Двухшарнирный приводной вал
перпендикулярных плоскостях. Шарниры муфт выполнены на
подшипниках качения или скольжения. Оси шарниров располо-
жены под углом 90° относительно друг друга. Полумуфта 3
жестко соединена с помощью винтов 4 со шпинделем баланси-
ровочного станка. Другая часть муфты также жестко (сваркой)
соединена с валом. Полумуфта 5 через переходную втулку сое-
динена с ротором. Переходную втулку изготавливают индиви-
дуально для каждого типа балансируемого ротора.
В8
Приводные валы с упругими муфтами применяют при ба-
лансировке роторов массой до 100 кг. При этом обеспечивается
более высокая точность балансировки по сравнению с другими
конструкциями приводных валов. Податливость муфты опреде-
ляется деформацией упругого кольца, в котором расположены
четыре отверстия под углом 90° друг относительно друга. В эти
отверстия входят два пальца полумуфты, закрепленной на
шпинделе (роторе), и два пальца, установленные в полумуфте,
связанной с валом. Значительную податливость муфты обеспе-
чивают кольца из резины.
Высокую жесткость соединения имеют приводные валы с
зубчатыми муфтами. Полумуфты соединяются сферическим
шарниром и зубчатым зацеплением. На венце одной полу муфты
нарезаны наружные, а на венце другой — внутренние зубья со
специальным профилем.
К недостаткам приводных валов, создающим погрешность
балансировки, относятся: трение в шарнирах, дисбаланс вала,
радиальные биения шпинделя, полумуфт и промежуточной
втулки.
Трение в шарнирах приводного вала влияет на чувствитель-
ность балансировочного станка по значению и углу дисбаланса.
Так, например, порог чувствительности станка с приводным ва-
лом при балансировке коленчатого вала в сборе с маховиком и
сцеплением автомобиля по значению дисбаланса составляет
26 г-мм, а по углу дисбаланса ±5°.
Приводной вал имеет собственный дисбаланс, который вос-
принимается измерительным устройством станка как дисбаланс
ротора. Поэтому приводные валы тщательно балансируют с по-
мощью контрольного ротора.
Большое значение имеет центровка приводного вала относи-
тельно оси ротора. В соединениях вала со шпинделем, промежу-
точной втулкой и валом за счет радиальных биений посадочных
поверхностей, наличием зазоров в соединениях происходит сме-
щение оси приводного вала, приводящее к дисбалансам. Значе-
ние и угол этих дисбалансов изменяются от ротора к ротору
при балансировке партии. Уменьшение погрешности баланси-
ровки за счет радиальных биений достигается высокой точнос-
тью изготовления посадочных поверхностей и правильным вы-
бором приводного вала.
Основным параметром приводного вала является его масса.
Массу приводного вала выбирают с учетом массы балансируе-
мого ротора и его допустимых дисбалансов по табл. 5.1.
При эксплуатации приводных валов контролируют геомет-
рические размеры посадочных поверхностей полумуфт, дисба-
лансы валов, трение в шарнирах, периодически заменяют сма-
зочный материал в шарнирах.
139
Таблица 5.1
Массы приводных валов
Масса ро- тора, кг Масса приводного вала, кг
0,5 1 2 4 8
Погрешность балансировки, г-мм/кг
20...100 0,5...1 1-0,2 2...0,5 5...0,7
50...400 200...1 000 500...4 000 2 000.,.10 000 0,5...0,1 0,7 ...0,1 0,2 ...0,1 2...0,2 5...0,5 0,5...0,1 0,7...0,2 0,2...0,1 0,3...0,1 0,1
Масса ро- тора, кг Масса приводного вала, кг
16 32 64 128
Погрешность балансировки, г-мм/кг
20...100
50...400
200...1 000 2...0,3 6...0,6
500...4 000 0,5...0,1 1...0,1 2...0,3
2 000...10 000 0,2 ...0,1 0,3...0,1 0,6...0,2 1,5 ...0,3
Шкивы и ленточные ремни используют в ленточных и тан-
генциальных соединениях для передачи вращения от приводно-
го устройства к ротору.
Шкив устанавливают на выходной вал приводного электро-
двигателя или коробки передач. Внутренний диаметр шкива со-
ответствует диаметру выходного вала. Наружный диаметр шки-
ва выбирают в зависимости от заданной частоты вращения ро-
тора при балансировке по формуле
d = d cor-/со
нар рот б' пр’
где d т — диаметр поверхности ротора под ремень; угло-
вая скорость ротора при балансировке; соп — угловая скорость
выходного вала приводного устройства. р
Радиальное и торцовое биения шкива должны быть мини-
мальными, чтобы не оказывать влияния на балансируемый ро-
тор.
В приводных устройствах применяют плоские бесконечные
ремни на синтетической основе. Они обладают малым растяже-
нием под действием усилия натяжения, покрыты маслооттал-
кивающим лаком, имеют хорошее сцепление с приводными по-
верхностями. При вращении ротора практически отсутствует
140
скольжение ремня, что обеспечивает высокую стабильность ба-
лансировки. Для уменьшения погрешностей, вносимых ремнем
при балансировке, его длину делают более трех окружностей
приводной поверхности ротора. При балансировке легких ро-
торов ремень заменяют капроновой нитью.
Защитные кожухи устанавливают на балансировочных стан-
ках для ограждения вращающихся частей, а также уменьшения
трения роторов с лопатками о воздух. При высокочастотной ба-
лансировке кожухи необходимы также для защиты рабочего
места балансировщика при разрыве балансируемого ротора.
Для ограждения кожухи изготавливают из тонколистовой
стали и оргстекла. Их закрепляют на станине или опорных стой-
ках. Кожух для ротора имеет горизонтальный разъем. Верхняя
крышка откидывается на петлях и фиксируется упорами. Пе-
ред балансировкой крышку опускают и закрывают на замки.
Защитные кожухи изготавливают из толстолистовой стали
сварной конструкции. В нижней части кожуха находятся роли-
ки, с помощью которых его надвигают на балансировочное уст-
ройство станка. Ролики катятся по направляющим станцны или
рельсам, лежащим на полу.
Контрольные роторы применяют для проверки балансиро-
вочных станков. Размеры, масса и другие параметры этих рото-
ров определены ГОСТ 20076—74.
Контрольные роторы (рис. 5.5) для станков с горизонталь-
ной осью вращения имеют симметричную цилиндрическую фор-
му постоянного диаметра с двумя одинаковыми цапфами 2. Об-
работку всех поверхностей проводят при одной установке отно-
сительно центров. В крайних плоскостях бочки ротора выпол-
нено по восемь радиальных резьбовых отверстий 1 через 45°.
Там же через каждые 10° нанесены отрезки линий 3 вдоль оси
ротора с указанием углов через каждые 30°. Массу и моменты
контрольного ротора устанавливает изготовитель станков. Для
проверки станка требуется два контрольных ротора. Один ро-
тор имеет массу и моменты инерции, соответствующие нижне-
му, а другой — верхнему диапазону масс балансируемых рото-
ров. Контрольный ротор полностью сбалансирован, имеет высо-
кую точность изготовления всех рабочих поверхностей. Откло-
нения формы и расположения поверхностей соответствуют
III—IV степени точности.
Для проверки станков с вертикальной осью вращения конт-
рольные роторы выполняют в виде диска (рис. 5.6) с отноше-
нием диаметра к толщине 2:1. В нижней его части имеется цент-
рирующий поясок 1 и отверстия 2 для установки и крепления
диска на шпинделе станка. В трех сечениях 3 ротора через каж-
дые 15? сделаны радиальные резьбовые отверстия 4. Причем
среднее сечение проходит через центр масс контрольного рото-
ра, а крайние сечения находятся от среднего на одинаковых рас-
стояниях. Технические требования, предъявляемые к контроль-
141
ным роторам для станков с вертикальной осью вращения, те
же, что и для контрольных роторов для станков с горизонталь-
ной осью.
К контрольным роторам прилагается набор контрольных
грузов, масса которых охватывает весь диапазон показаний
станка.
Тарировочный ротор используют для настройки станка на
балансировку ротора определенной геометрии и массы. Ротор
собирают из тех же деталей и с учетом тех же требований, что
и серийный ротор. Для каждого типа балансируемых роторов
изготавливают свой тарировочный ротор. Такой ротор должен
быть сбалансирован по крайней мере на класс точнее серийного
ротора.
На каждый тип тарировочного и контрольного ротора офор-
мляют технологический паспорт. В паспорте указывают все тех-
нические данные ротора, фактические значения остаточных дис-
балансов и результаты периодических проверок.
Контрольные и тарировочные роторы хранят в вертикаль-
ном положении в специальной таре, предохраняющей его от
повреждений и загрязнений.
5.2. СЛЕСАРНО-СБОРОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
В процессе подготовки балансировочного станка и ротора к
работе при корректировке масс балансировщик пользуется
гаечными ключами, молотками, отвертками, плоскогубцами и
другим слесарно-сборочным инструментом.
Применяются ключи с плоскими открытыми зевами
(рис. 5.7, а) двусторонние или односторонние, накладные га-
ечные ключи с шестью гранями с закрытым зевом (рис. 5.7, б).
142
Рис. 5.7. Гаечные ключи
Рис. 5.8. Торцовой гаечный ключ со
сменной головкой
При сборке резьбовых соединений удобны торцовые гаечные
ключи со сменными головками. Стержень 1 такого ключа
(рис. 5.8) имеет унифицированный четырехгранник 2 с шарико-
вым фиксатором 3. Сменные головки 4 для различных гаек
имеют такое же отверстие, как и стержень под шариковый фик-
сатор. Замена одной головки на другую производится достаточ-
но быстро. Для завинчивания круглых гаек со шлицами приме-
няют С-образные ключи (рис. 5.9, а) или шлицевые закрытые
ключи (рис. 5.9, б).
Одним из основных требований, предъявляемых к сборке
резьбовых соединений, является обеспечение заданного конс-
труктором усилия затяжки (чаще крутящего момента), что
указывается в технических требованиях чертежа узла. Требуе-
мое усилие затяжки обеспечивают динамометрические и преде-
льные ключи.
Динамометрический ключ (рис. 5.10) состоит из головки 1,
рукоятки 4 и динамометра, включающего упругий элемент 2,
стрелку-указатель 3 и шкалу 5. При затяжке резьбового соеди-
нения головка 1 ключа надевается на хвостовик торцового
ключа. Рабочий создает определенный крутящий момент,
прикладывая усилия к рукоятке 4. Упругий элемент 2 при этом
изгибается и стрелка-указатель 3 показывает по шкале 5 созда-
ваемый крутящий момент. Упругий элемент представляет
собой в простейшем случае металлический стержень. Динамо-
метрические ключи периодически проверяют на точность гра-
дуировки.
У предельных ключей нет отсчетного
устройства. Заданный крутящий мо-
мент получается автоматически благо-
даря наличию специального механизма.
При достижении заданного крутящего
момента передача усилия на гайку прек-
ращается, а ключ проворачивается.
Рис. 5.9. Ключи для завинчивания круглых гаек
143
Гаечные ключи изготавливают из стали с зазором между
губками ключа и гранями гайки или головки болта 0,1...0,3 мм.
Молотки изготавливают различной формы, массы, материа-
ла. Молотки из резины, кожи, дерева и других мягких материа-
лов применяют для снятия и установки деталей с небольшим
натягом. Стальные молотки используют совместно с выколот-
ками.
Выколотка (рис. 5.11) предназначена для запрессовки и вы-
прессовки штифтов, призонных болтов и других операций, тре-
бующих удара. Ее изготавливают из мягкой стали, меди, текс-
толита, что предохраняет собираемые детали от повреждения
при ударе молотком по выколотке. Выколотка имеет вставные
наконечники. Верхний наконечник со сферической поверхнос-
тью направляет удар вдоль оси выколотки. Наконечники заме-
няют по мере необходимости или выхода из строя, сохраняя
при этом основание выколотки.
При работе балансировщик использует также и другие сле-
сарные и специальные инструменты.
Для уменьшения трудоемкости балансировочных работ
применяют также пневматические и электрические сверлильные
машинки. Ручная сверлильная пневматическая машинка Д-2
(рис. 5.12) имеет частоту вращения шпинделя 2500 об/мин при
давлении воздуха в сети 0,5 МПа. Сжатый воздух поступает в
камеру между ротором и статором и давит на рабочие лопатки,
вращая ротор с частотой 12 000 об/мин. Редуктор понижает час-
тоту вращения до 2500 об/мин. Пневматическая машинка имеет
ручку 5, ротор 3, насадку 2, патрон 1, пусковую кнопку 4 и
ниппель 6. В патрон машинки вставляют режущие инструменты.
Электрическая сверлильная машинка И-38 (рис. 5.13) с уг-
ловой насадкой имеет асинхронный электродвигатель, питае-
мый от сети напряжением 36 В частотой 50 Гц. На корпус 6 ма-
144
Рис. 5.13. Электрическая сверлильная
машинка
шинки навернута гайкой 5
трубка 4 с головкой 3 под
углом 90°. Хвостовик ва-
лика вставляется в корпус
втулки электродвигателя.
Коническая шестерня валика, находящаяся в зацеплении с ко-
нической шестерней головки, вращает шпиндель. На хвостовик
шпинделя надевается трехкулачковый патрон 2 со сверлом 1
или другим режущим инструментом. Кнопка 7 служит для
включения машинки.
Сборочные приспособления делят на установочные и рабо-
чие. К установочным приспособлениям относятся неподвижные
стапели и сборочные тележки. Их конструкция соответствует
конфигурации собираемого узла. Приспособления имеют флан-
цы, угольники и другие элементы, необходимые для крепления
узла. Приспособления для тяжелых деталей снабжены специаль-
ным механизмом, позволяющим поворачивать собираемый
узел вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Приспособ-
ления, служащие для межоперационного перемещения (тележ-
ки) , имеют колесный ход с поворотным устройством. Напри-
мер, сборочная тележка для коленчатого вала (рис. 5.14)
состоит из рамы 7, четырех поворотных колес 2, двух полу ох-
ватных гнезд 3 для установки коленчатого вала. Крепление ва-
ла осуществляется полуцилиндрическими кольцами. Для
предохранения шеек вала предусматриваются фетровые чехлы.
Основную массу рабочих приспособлений составляют прис-
пособления для запрессовки и съемники разнообразных конс-
трукций.
Приспособления для запрессовки, часто называемые оправ-
ками (рис. 5.15), представляют собой жесткий стакан 1 с нап-
Рис. 5.14. Сборочная тележка
Рис. 5.15. Приспособление для зап-
рессовки
145
Рис. 5.16. Приспособление для выпрессовки —
съемник
равняющим пальцем 2. Усилие запрес-
совки прикладывают к сферической
поверхности стакана вручную или с
помощью пресса. В ряде конструкций
приспособлений предусмотрена вин-
товая пара с воротком. Вращение во-
ротка создает необходимую силу для
запрессовки детали.
Съемник (рис. 5.16) предназначен
для выпрессовки детали из узла, на-
пример, снятия подшипника с вала.
Внутреннее кольцо подшипника охва-
тывается лапками 5, подвижно сое-
диненными с траверсой 3. Предохра-
нительная пята 4, шарнирно свя-
занная с винтом 2, упирается в вал. Вращая вороток 1 с помо-
щью винта, создается усилие выпрессовки и подшипник снима-
ется с вала.
При выполнении балансировочных работ используют сма-
зочные, обтирочные, противокоррозионные и другие вспомога-
тельные материалы. Среди последних особое место занимает
воск и восковой пластилин, которые широко применяются при
определении дисбалансов ротора. Смазочные материалы (масла)
наносятся на поверхность детали погружением в масляную ванну
или чистой рукой. Для консервации поверхности применяют
трансформаторное, веретенное, моторное масло, а также густые
смазочные материалы.
5.3. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
Измерение —- это определение физической величины опыт-
ным путем с помощью специальных технических средств. Изме-
рение не может быть проведено абсолютно точно. Высокая точ-
ность измерения может быть достигнута при выполнении опре-
деленных правил. Основные причины, понижающие точность из-
мерения, — неудовлетворительное состояние инструмента; не-
точность установки инструмента относительно детали; незна-
ние устройства измерительного инструмента или неумение поль-
зоваться им.
В балансировочной практике в зависимости от требуемой
точности измерения применяют простые средства измерения,
измерительные инструменты и приборы.
Простые средства измерения. Измерительные металлические
линейки предназначены для непосредственных измерений длин.
146
Рис. 5.18. Набор шупов
Рис. 5.17. Лекальные линейки
Линейки изготавливают с пределами измерений от 150 до
1000 мм с ценой деления 1 мм. Линейки имеют один и два рабо-
чих торца.
Угольники с углом 90° предназначены для разметки и конт-
роля прямых углов деталей, проверки взаимной перпендику-
лярности отдельных поверхностей деталей, при монтаже стан-
ков и приборов.
Лекальные линейки (рис. 5.17) предназначены для контро-
ля прямолинейности и плоскостности небольших поверхностей
деталей способом световой щели. Поверочные линейки приме-
няют для контроля плоскостности поверхностей способом
”на краску”.
Щупы предназначены для определения величины зазора меж-
ду двумя поверхностями контактным методом. Щуп
(рис. 5.18) представляет собой стальную плоскую пластинку
определенной толщины. Щупы соединяют в наборы, в которых
пластинки закрепляют в порядке возрастания их толщины. Из-
готавливают четыре номера наборов с диапазоном толщин щу-
пов 0,02...1 мм.
Технические уровни предназначены для контроля горизон-
тального и вертикального положения поверхностей.
Брусковый уровень служит для контроля горизонтального
положения, рамный уровень, кроме горизонтального, контро-
лирует и вертикальное положение поверхностей. Установочные
уровни монтируют в оборудование, например, на станок для
статической балансировки для контроля его установки в гори-
зонтальное положение.
Штангенинструменты используют для измерения линейных
размеров прямым методом. Штангенциркуль ШЦ-I с пределами
измерений 0...125 мм и величиной отсчета по нониусу 0,1 мм
предназначен для наружных и внутренних измерений и для из-
мерения глубин. Основной частью штангенциркуля (рис. 5.19)
является штанга 4 с миллиметровыми делениями 6, на одном
конце которой имеется линейка глубиномера 5, а на другом —
неподвижные измерительные губки 1 и S. По штанге переме-
щается рамка 2 с губками 1, 8. На скошенной грани рамки на-
147
Рис. 5.19. Штангенциркуль
ШЦ-1
несена шкала (нониус) 7. Нониус длиной 19 мм разделен на 10
частей. При измерении рамку закрепляют на штанге с помощью
винта 3.
Целое число миллиметров отсчитывают по шкале штанги
слева направо нулевым штрихом нониуса. Количество десятых
долей миллиметра определяется умножением величины отсчета
(0,1 мм) на порядковый номер штриха нониуса (не считая ну-
левого) , совпадающего со штрихом штанги.
Штангенциркули ЩЦ-П, ПЩ-Ш с величиной отсчета по нониу-
су 0,05 мм и пределами измерений соответственно 0...160 мм и
0...400 мм имеют микрометрическую подачу рамки. Микромет-
рическую подачу применяют для точной установки рамки отно-
сительно штанги. Рамка штангенциркуля 1 (рис. 5.20) соедине-
на винтом и гайкой 6 с рамкой микрометрической подачи 4.
Обе рамки 1 и 4 перемещаются по штанге 3 и зажимаются
винтами 2 и 5.
При измерении приблизительно устанавливают контролиру-
емый размер, закрепляют рамку микрометрической подачи 4.
Затем при помощи микрометрической пары доводят губки до
соприкосновения с проверяемыми поверхностями, закрепляют
рамку 1.
Штангенглубиномеры изготавливают с предачами измерений
до 200; 250; 300; 400 и 500 мм с величиной отсчета по нониу-
су 0,1; 0,05 мм. Их применяют для измерения высоты, глубины
глухих отверстий, пазов, выступов. Измерительная поверхность
основания 1 штангенглубиномера (рис. 5.21) по площади зна-
Рис. 5.20. Рамка штангенциркуля ШЦ-П
Рис. 5.21. Штангенглубиномер
148
Рис. 5.22. Штангенрейсмус
чительно больше измерительной поверхности штанги 6, что
обеспечивает его устойчивость при измерении. Рамка 3 имеет
нониус 8, зажим 2 и связана микрометрической подачей 7 с
рамкой 5. При измерении рамка микрометрической подачи 5
зажимается на штанге 6 винтом 4.
Штангенрейсмусы изготавливают с пределами измерений
0...250; 40...400; 60...630; 100...1000; 600...1600; 1500...
...2500 мм и величиной отсчета по нониусу 0,05 и 0,1 мм. Они
предназначены для измерения высоты и разметочных работ.
Штангенрейсмус (рис. 5.22) имеет основание 1 с закрепленной
на нем штангой 7. По штанге перемещаются рамки 4 и 8 с нони-
усом 5 с микрометрической подачей 6. К рамке 4 прикрепля-
ют с помощью винта измерительную 2 или разметочную 3 нож-
ки. Рамки зажимают винтами 9, 10. При сборке ножку устанав-
ливают в державке ниже губки рамки 4.
После окончания работы штангенинструмент необходимо
протереть, смазать антикоррозионным составом, развести изме-
рительные губки на 2...3 мм и ослабить зажимы рамки, а затем
положить его в футляр.
Микрометрические измерительные средства: микрометры,
микрометрические глубиномеры и нутромеры — широко при-
меняют в машиностроении.
Микрометры предназначены для наружных измерений. Их
изготавливают с ценой деления 0,01 мм, измерительным пере-
мещением микрометрического винта 25 мм, верхним пределом
измерений до 600 мм. Микрометр (рис. 5. 23) состоит из скобы
1, в которой закреплена неподвижная пятка 2 и стебель 5. Внут-
ри стебля расположен микрометрический винт 3 с шагом резь-
бы 0,5 мм, соединенный с барабаном 6 и трещоткой 7. Послед-
няя необходима для обеспечения постоянного измерительного
усилия. Положение микрометрического винта фиксируется сто-
пором 4. Вдоль оси стебля нанесены две шкалы, а барабан раз-
149
делен по окружности на 50 равных частей. К микрометрам с
нижним пределом 25 мм и более придаются установочные ме-
ры для поверки нулевого положения.
При повороте на одно деление микрометрический винт пе-
ремещается вдоль оси на 1/50 шага, т.е. 0,5 мм: 50 = 0,01 мм.
Целое число миллиметров и половину миллиметра отсчитывают
краем скоса барабана по шкалам стебля. Сотые доли миллимет-
ра определяют по порядковому номеру штриха барабана, сов-
падающего с продольным штрихом стебля.
Измеряя закрепленную деталь, слегка прижимают пятку к
проверяемой поверхности. Находящимися на накатанном поле
трещотки большим и указательным пальцами правой руки
перемещают микровинт до соприкосновения его с проверяемой
поверхностью, до появления ’’пощелкивания” трещотки.
Зажимают микрометрический винт стопором и читают показа-
ния.
После окончания работы у микрометрических инструмен-
тов надо ослабить стопор и микрометрический винт, протереть
инструмент, смазать антикоррозийным составом и уложить в
футляр.
Калибры предназначены для контроля размеров, формы и
взаимного расположения поверхностей. Чаще всего контроли-
руют соосность опор балансировочного станка жесткими калиб-
рами. Калибры бывают гладкими и ступенчатыми. Соосность
считается удовлетворительной, если калибр проходит все отвер-
стия при незначительном усилии.
Рычажно-механические приборы предназначены для контро-
ля линейных размеров, отклонения формы и расположения по-
верхностей. Наиболее широко используют индикаторы часового
типа.
Индикатор часового типа (рис. 5. 24) состоит из цифербла-
та 1 с большой шкалой, разделенной на 100 частей, и малой
шкалой, разделенной на 10 частей, стрелки 2 и указателя чисел
оборотов 8. Циферблат закреплен на корпусе 5 с ушком 7 и за-
крыт стеклом. Измерительный стержень 9 с головкой 3 и нако-
Рис. 5.24. Индикатор часового типа
нечником 10 перемещается в гиль-
зе 11. Большая шкала повора-
чивается в корпусе 5 вокруг оси с
помощью ободка 6 и фиксируется
стопором 4. Внутри корпуса нахо-
дится механизм индикаторного ти-
па. При перемещении измеритель-
ного стержня на 10 мм зубчатое ко-
лесо со стрелкой указателя оборо-
тов, находящейся на его оси,
совершает один оборот. Второе
зубчатое колесо, соосное с первым
зубчатым колесом, при перемеще-
но
нии измерительного стержня на 1 мм поворачивает третье
зубчатое колесо с большой стрелкой, закрепленной на его оси
на один оборот. Так как шкала разделена на 100 частей, то цена
деления большой шкалы равна 0,01 мм.
Целое число миллиметров показывает стрелка указателя
оборотов на малой шкале, а сотые доли миллиметров — стрелка
на большой шкале. При подъеме измерительного стержня пока-
зания читают по наружным цифрам большой шкалы (увеличе-
ния по часовой стрелке). При опускании измерительного стер-
жня показания читают по внутренним цифрам большой шкалы
(увеличения против часовой стрелки).
Индикаторами часового типа оснащают нутромеры, глуби-
номеры, микромеры и другие приборы общего и специального
назначения.
Для более точных измерений применяют многооборотный
микроиндикатор или рычажно-зубчатую измерительную го-
ловку.
Многооборотный микроиндикатор с ценой деления 0,001 и
0,002 мм имеет увеличенное количество оборотов, поэтому верх-
ний предел измерения у него равен 1 и 2 мм. Это достигается
введением в механизм прибора дополнительного рычага, свя-
занного с измерительным стержнем.
Рычажно-зубчатая измерительная головка имеет цену деле-
ния 0,001 и 0,002 мм с пределами измерения ± 0,05 и ± 0,1 мм.
Ее механизм преобразования перемещения измерительного
стержня в угловые перемещения стрелки состоит из рычажных
и зубчатых элементов.
При эксплуатации рычажно-измерительных приборов не до-
пускаются их встряхивание, резкие толчки, попадания пыли,
жидкости и т.п.
Индикаторы часового типа часто крепят в стойках и штати-
вах. Если крепление производится за гильзу, то следует конт-
ролировать усилие зажатия гильзы. Измерительный стержень
должен свободно перемещаться в гильзе.
5.4. РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ
В балансировочной практике при корректировке масс при-
меняют лезвийные и абразивные режущие инструменты.
К лезвийным инструментам относятся: сверла, фрезы,
метчики и т.п. Их изготовляют из углеродистых и легирован-
ных инструментальных сталей и металлокерамических сплавов.
Лезвийный инструмент имеет большую твердость, износостой-
кость, малую хрупкость, высокую теплостойкость, механичес-
кую прочность. На его рабочей поверхности образованы режу-
щие кромки. Основными геометрическими параметрами лез-
вийных инструментов являются их углы.
151
Наибольшее распространение получили спиральные сверла,
которые имеют диаметры от 0,25 до 80 мм. Угол при вершине
зависит от обрабатываемого материала: 116...118° — при обра-
ботке сталей и чугунов; 140° — при обработке алюминия,бабби-
та и других мягких материалов; 80° ~ при обработке хрупких
материалов.
Спиральные сверла могут быть оснащены пластинками из
металлокерамических сплавов ВК2, ВКЗ, Т5К10 и т.д.
Зенкеры внешне сходны со сверлами, но более жесткие
и имеют большее число режущих кромок. Зенкеры для полу-
чения конических углублений называют зенковками.
Метчики предназначены для нарезания внутренней резьбы.
Метчик состоит из рабочей и хвостовой частей.
Режущие зубья метчика выполнены в форме резцов, распо-
ложенных по окружности. Режущие кромки образуются продо-
льными канавками.
Резьбу нарезают коплектом из трех метчиков: чернового,
среднего и чистового. Для того чтобы различить метчики, на
хвостовой части нанесены соответствующие риски: одна, две,
три.
Плашки предназначены для нарезания наружной резьбы.
Резьбу невысокой точности нарезают круглыми плашками за
один проход. Режущие кромки рабочей части расположены с
обоих торцов плашки, что позволяет нарезать резьбу как од-
ной, так и другой стороной.
Фрезы предназначены для обработки плоскостей и поверх-
ностей вращения детали при корректировке масс. По способу
крепления фрезы подразделяются на хвостовые и насадные.
Первые снабжены хвостовиком, вставляемым в шпиндель стан-
ка. Насадные фрезы имеют отверстия, которыми они центри-
руются на оправках. В основном применяют цилиндрические,
дисковые и концевые фрезы.
Геометрическая форма каждого из режущих зубьев прин-
ципиально сходна с геометрической формой резцов.
Инструмент для абразивной обработки принципиально от-
личается от лезвийного инструмента. При обработке зерна аб-
разивного инструмента режут и царапают материал.
Абразивный инструмент характеризуется формой, геомет-
рическими размерами, видом и маркой абразива, зернистостью
абразива, связкой, твердостью и т.п. Для изготовления абразив-
ных инструментов используют: электрокорунд, карбид крем-
ния, синтетические алмазы и другие искусственные абразив-
ные материалы. Их выпускают преимущественно на керамичес-
кой связке, состоящей из огнеупорной глины, полевого шпата
и некоторых добавок.
Характерные формы шлифовальных кругов показаны на
рис. 5. 25.
152
Наряду с инструментом для металлорежущих станков при
корректировке масс широко применяют ручной инструмент.
Для грубой обдирки поверхности используют фрезы-ша-
рошки (рис. 5.26), опиливания и зачистки поверхности приме-
няют плоские и круглые напильники. Съем труднообрабатыва-
емого материала осуществляют торцовой плоскостью абразив-
ного круга, а шлифование поверхностей в труднодоступных
местах — абразивными фасонными головками (рис. 5.27).
Принципы резания, материалы, из которых изготавливают
ручной режущий инструмент, такие же, как у инструмента для
металлорежущих станков.
153
ГЛАВА 6
ЭКСПЛУАТАЦИЯ СТАНКОВ
ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ
Приводится цикл работ, выполняемых при подготовке стан-
ка, приспособлений и ротора к работе; описывается методика
настройки зарезонансных и дорезонансных станков на баланси-
ровку ротора определенной массы и геометрии; кратко излага-
ется процесс балансировки, порядок технического обслужива-
ния и техника безопасности при работе на балансировочных
станках.
6.1. ПОДГОТОВКА СТАНКА К ЭКСПЛУАТАЦИИ
Балансировочный станок устанавливают на твердом основа-
нии в помещении, удаленном от оборудования, работающего с
сильной вибрацией, магнитными и электрическими полями.
Станок заземляют согласно ’’Правилам устройств электричес-
ких установок промышленных предприятий”. После установки
станка проверяют его на соответствие паспортным данным.
Проверка устройств станка. Согласно программе испытаний
проверяют правильность работы всех устройств станка и их
взаимодействия.
Работу приводного устройства проверяют на стабильность
поддержания частоты вращения в заданном диапазоне, пуско-
тормозных и регулировочных характеристик. Оценивают рабо-
ту устройства в течение длительного времени при многократ-
ных пусках и остановках.
Проверку балансировочного устройства проводят в стати-
ческом и динамическом режимах. В статическом режиме про-
веряют надежность крепления всех элементов устройства, рабо-
ту арретира, податливость динамометрических стоек. В динами-
ческом режиме определяют собственные частоты колебаний
опор, затухание этих колебаний.
Определяют отклонения формы и расположения рабочих по-
верхностей приводного и балансировочного устройств, а также
станины станка. К измеряемым отклонениям относятся: непло-
скостность и непрямолинейность плоских поверхностей направ-
ляющих станины; изогнутость цилиндрических направляющих
станины; непараллельность направляющих и оси опор; несоос-
154
ность опор и шпинделя; радиальные и торцовые биения рабочих
поверхностей шкивов, роликов и других деталей вращения в
сборе.
Измерения выполняют с помощью специальной оснастки,
инструментального уровня, индикаторов часового типа. Методы
проверки, допустимые и фактические отклонения указываются
в техническом описании и акте технического испытания станка
заводом-изготовителем. В зависимости от нормы точности стан-
ка предельные отклонения указанных поверхностей соответ-
ствуют VI—VIII степени точности.
Особое внимание при проверке измерительного устройства
уделяют датчикам станка. Кроме внешнего осмотра, регулиров-
ки хода чувствительного элемента измеряют сопротивление
между выходными зажимами датчика с помощью омметра.
Проверку всего измерительного устройства проводят по
контрольному тесту. В качестве простейшего теста используют
электрический сигнал определенной частоты и величины, кото-
рый подают на вход измерительного устройства от генератора
стандартных сигналов, например, генератора низкой частоты
При исходном положении органов управления измери-
тельного пульта этот сигнал вызывает показания индикаторов
дисбаланса. Сравнение показаний индикаторов с заданными
в контрольном тесте значениями определяет исправность изме-
рительного устройства.
В техническом описании и инструкции по эксплуатации не-
которых моделей балансировочных станков контрольный тест
не приводится. В этом случае проверку измерительного устрой-
ства проводят следующим образом. На вход измерительного
пульта вместо датчика подключают генератор синусоидальных
сигналов. Подбирают такое напряжение выходного сигнала ге-
нератора, которое вызовет среднее показание индикатора дис-
баланса, например, 50 делений. Это напряжение принимают за
контрольный тест. В дальнейшем по нему контролируют исп-
равность измерительного устройства в процессе эксплуатации.
Частоту контрольного сигнала выбирают из допустимого диа-
пазона частот станка. Устанавливают минимальную, среднюю и
максимальную рабочую частоту измерительного устройства.
Этот же сигнал используют для проверки работы индикатора
угла дисбаланса, например, строботрона, а также органов управ-
ления измерительного пульта.
Для комплексной проверки всех блоков измерительного
устройства собирают более сложную внешнюю электрическую
схему, имитирующую работу балансировочного станка. Внеш-
няя электрическая схема включает генератор сигналов, делите-
ли напряжения, фазовращатели, измерители напряжений и раз-
ности фаз.
При наличии дополнительных устройств в станке проверяют
их функционирование и соответствие паспортным данным. На-
155
пример, определяют давление, расход, количество масла в сис-
теме смазки или работу корректирующего устройства.
Оценка нормы точности станка. Заключительным этапом
подготовки станка к работе является оценка нормы точности
согласно ГОСТ 20076—74, проводимая с помощью двух конт-
рольных роторов, массы которых соответствуют нижнему и
верхнему значениям паспортного диапазона масс.
Контрольный ротор подготавливают к балансировке, уста-
навливают и закрепляют на опорах станка, соединяют его с при-
водным устройством. Дл# балансировки контрольного ротора
используют оснастку, отвечающую требованиям завода-изгото-
вителя станка. Делают несколько пробных пусков ротора для
проверки функционирования станка. Длительность работы
станка перед балансировкой контрольного ротора должна сос-
тавлять не менее 30 мин.
Проводят предварительную настройку станка на баланси-
ровку контрольного ротора. Методика предварительной наст-
ройки будет рассмотрена ниже.
С помощью контрольных грузов методом кругового об-
хода по восьми точкам в плоскостях коррекции определяют
показания индикатора дисбаланса в плоскостях измерения.
Для определения дисбалансов контрольного ротора применяют
двухплоскостную или статико-моментную балансировку.
Рассчитывают значение и углы дисбалансов ротора в плос-
костях коррекции. Проводят корректировку масс, добиваясь
минимальных показаний индикаторов дисбалансов.
Устанавливая последовательно в резьбовые отверстия конт-
рольные грузы, создающие статическую и моментную неуравно-
вешенность, методом кругового обхода находят остаточные
дисбалансы.
По формулам (6) рассчитывают смещение осей контрольно-
го ротора в плоскостях опор станка. Полученные значения срав-
нивают с паспортным порогом чувствительности балансиро-
вочного станка и определяют норму точности станка.
Оценку норм точности дорезонансного балансировочного
станка с цепью разделения плоскостей коррекции по схеме я,
Ь, с проводят также с помощью контрольных роторов. После
выполнения необходимой балансировки контрольного ротора
до минимальных показаний индикатора дисбаланса в плоскости
коррекции устанавливают контрольный груз. По показаниям
индикатора дисбаланса ротора с контрольным грузом судят о
паспортном пороге чувствительности станка (при максималь-
ной чувствительности измерительного устройства) и точности
показаний. Получаемая величина на индикаторе должна соот-
ветствовать массе контрольного груза в данной плоскости кор-
рекции.
В балансировочных станках с осевым приводом оценивают
точность приводного вала. Измеряют фактические размеры ра-
156
бочих поверхностей вала и его дисбалансы. Дисбалансы привод-
ного вала находят с помощью полностью сбалансированного
контрольного ротора, например, на станке с ленточным при-
водом.
При соединении приводного вала с контрольным ротором
возникают дисбалансы за счет погрешности соединения и соб-
ственной неуравновешенности вала. Для определения этих дис-
балансов используют модульную балансировку по двум сбор-
кам. Вторую сборку вала с ротором проводят при другом их
взаимном положении, обычно под углом 180°.
По результатам испытаний станка составляют технический
акт, служащий основанием для ввода в эксплуатацию данного
станка.
6.2. НАСТРОЙКА БАЛАНСИРОВОЧНОГО СТАНКА
Настройкой балансировочного станка называют процесс,
включающий механическую регулировку привода ротора,
установку элементов крепления, разделение плоскостей кор-
рекции и тарирование измерительного устройства. В процессе
настройки станка уточняются технические требования на балан-
сировку, параметры технологического процесса балансировки,
приспособлений и инструмента, нормы времени на баланси-
ровку.
При подготовке станка к настройке собирают тарировочный
ротор, необходимые приспособления, проводят входной конт-
роль деталей, инструмента, вспомогательных материалов сог-
ласно требованиям технической документации. Измеряют мас-
су, положение центра масс, моменты инерции и геометрические
размеры ротора, необходимые для настройки станка. Проводят
техническое обслуживание станка.
Балансировочные приспособления и тарировочный ротор ус-
танавливают на станке в требуемом положении. Особое вни-
мание следует обращать на регулировку привода ротора зарезо-
нансного станка при наличии большой паразитной массы.
Частота вращения ротора при балансировке влияет на точ-
ность настройки станка, устойчивость показаний индикаторов
дисбалансов, мощность и время, затрачиваемое на раскрутку
ротора. Нижний диапазон частот вращения ограничен собствен-
ными частотами колебаний балансировочного устройства с ро-
тором. Балансировка вблизи собственных частот затруднена из-
за возникающих резонансных явлений в колебательной системе
станка. Поэтому частоту вращения ротора следует выбирать в
3...6 раз больше максимальной собственной частоты баланси-
ровочного устройства.
Собственные частоты не трудно оценить экспериментальным
способом. Растормаживают одну опору станка, отводят ее до
157
упора к стойке и отпускают. Опора будет совершать свободные
колебания. Находят число колебаний п за выбранный проме-
жуток времени t. По формуле fA = п ItА определяют первую соб-
ственную частоту. То же повторяют для другой опоры станка
и находят fs=n/t в.
Верхний диапазон частот вращения ограничен мощностью
приводного электродвигателя и временем на раскрутку и тор-
можение ротора. В зависимости от жесткости ротора на высо-
ких частотах возможны упругие деформации его оси. Для вы-
бора оптимальной частоты вращения проводят пуски ротора
на различных частотах.
Отрегулировав приводное устройство, проводят предвари-
тельную настройку измерительного пульта станка. Предвари-
тельная настройка зависит от типа балансировочного станка.
Основными операциями являются:
установка диапазона частоты вращения ротора;
настройка фильтра в резонанс (для станков с избирательны-
ми усилителями);
разделение плоскостей коррекции (для станков с цепью раз-
деления плоскостей коррекции по схеме а, Ь, с).
Установку диапазона частоты вращения проводят переклю-
чателем диапазонов на измерительном пульте станка. Если час-
тота вращения ротора лежит одновременно в двух соседних ди-
апазонах, то переключатель устанавливают на высший диапазон.
Для проведения настройки фильтра в резонанс с частотой
вращения вносят неуравновешенную массу в плоскость коррек-
ции тарировочного ротора. Включают привод и на постоянной
частоте вращения определяют показания индикатора дисбалан-
са. Если показания выходят за пределы шкалы или близки к ее
началу, то с помощью потенциометра масштаба и переключате-
лей устанавливают показания на середине шкалы. Плавно пово-
рачивая ручку настройки фильтра, находят такое ее положение,
при котором показания будут максимальными. Это положение
не должно лежать на краю шкалы. При настройке фильтра поль-
зуются также переключателями и потенциометрами масштаба,
чтобы показания индикатора не выходили за пределы шкалы.
Балансируют тарировочный ротор до минимальных показа-
ний индикатора дисбалансов. Определяют остаточные дисбалан-
сы в плоскостях измерения. Значения этих дисбалансов должны
быть в 2,5 раза меньше допустимых дисбалансов ротора, задан-
ных техническими требованиями.
Предварительная настройка дорезонансных балансировоч-
ных станков совпадает с окончательной настройкой на баланси-
ровку ротора определенной массы и геометрии.
Разделение плоскостей коррекции зарезонансных баланси-
ровочных станков проводят двумя способами. По первому спо-
собу разделяют плоскости для двухплоскостной балансировки.
158
Второй способ применяют при статико-моментной баланси-
ровке.
Первый способ. В 1-й плоскости коррекции на радиусе г t
(рис. 6.1, а) прикрепляют точечную неуравновешенную массу
т!, создающую допустимый начальный дисбаланс в этой плос-
кости.
Включают привод станка. На установившейся частоте враще-
ния окончательно настраивают фильтр в резонанс с частотой
вращения. Переключатель, указывающий плоскость измерения,
переводят в положение измерения дисбалансов 2-й плоскости.
Записывают показания индикатора дисбаланса в этой плоскос-
ти ^2макс* вращая ручку настройки, находят такое ее положе-
ние (не крайнее), при котором наблюдаются минимальные по-
казания индикатора Аг ин. Записывают эти показания. При на-
стройке используют также переключатели масштаба и фазы дат-
чиков 2-й плоскости измерения.
Выключают привод станка, останавливают ротор, снимают не-
уравновешенную массу т!. Во 2-й плоскости коррекции на ра-
диусе г2 прикрепляют точечную неуравновешенную массу т 2,
создающую допустимый начальный дисбаланс в этой плоскости.
Включают привод станка. Переключатель, указывающий
плоскость измерения, переводят в положение измерения дисба-
лансов 1-й плоскости. Записывают показания индикатора в 1-й
плоскости ^41макс- Вращая ручку настройки 1-й плоскости
измерения, находят ее положение (не крайнее), при кото-
ром наблюдаются минимальные показания индикатора дисба-
ланса Л1МИН. Записывают эти показания. При настройке ис-
пользуют переключатели и ручки только 1-й плоскости изме-
рения.
Выключают привод станка, останавливают ротор, снимают
неуравновешенную массу т 2.
Рассчитывают коэффициенты уменьшения взаимного влия-
ния плоскостей коррекции по формулам:
^12 ~ м акс^1 м ин’
^21 ~ ^2 м акс/^2 м ин •
Рис. 6.1. Расположение точечных неуравновешенных масс
159
Пример. Показания индикатора дисбаланса в 1-й плоскости, вызван-
ные точечной неуравновешенной массой во 2-й плоскости, до разделения
плоскостей коррекции при исходном (нулевом) положении ручки наст-
ройки 1-й плоскости равны 80 делений. Показания индикатора дисбаланса
в 1-й плоскости после разделения плоскостей коррекции при ручке наст-
ройки в положении ”6” составляют 4 деления. Взаимное влияние дисба-
ланса во 2-й плоскости на показание индикатора дисбаланса в 1-й плоскос-
ти уменьшилось в 20 раз:
К12 =80:4 = 20.
Второй способ. В двух плоскостях тарировочного ротора
прикрепляют точечные неуравновешенные массы m г и m 2 на ра-
диусах гх и г2 , как показано на рис. 6.1, б, создающие момент-
ную неуравновешенность. Значение главного момента допусти-
мых начальных дисбалансов
^Ьнач + ™2?212.
Включают привод станка, настраивают фильтр в резонанс с
частотой вращения ротора. Переключатель плоскостей измере-
ния устанавливают в положение 1-й плоскости измерения. Запи-
сывают показания индикатора дисбаланса в 1-й плоскости. Пе-
реводят переключатель в положение измерения дисбалансов 2-й
плоскости и фиксируют показания индикатора в этой плос-
кости.
По показаниям в этих плоскостях выбирают плоскости из-
мерения главного вектора и главного момента дисбалансов.
За плоскость измерения главного вектора дисбалансов прини-
мают ту плоскость, в которой зафиксированы меньшие показа-
ния индикатора при моментной неуравновешенности. Напри-
мер, индикатор дисбалансов показывает в 1-й плоскости 40 де-
лений, а во 2-й плоскости показывает 70 делений. За плоскость
измерения главного вектора следует принять 1-ю плоскость.
В отдельных случаях плоскости измерения выбирают по другим
критериям.
Устанавливают переключатель плоскостей измерения в выб-
ранное положение, например, в 1-ю плоскость. Вращая ручку
настройки этой плоскости, находят такое ее положение, при ко-
тором наблюдаются минимальные показания индикатора дисба-
ланса. Записывают показания индикатора до и после настройки.
Выключают привод станка, останавливают ротор, снимают
массы тп i и m 2 .
Статическую неуравновешенность на тарировочном роторе
создают с помощью одной или двух неуравновешенных масс.
На межопорном роторе прикрепляют точечную неуравнове-
шенную массу m j на радиусе гх в плоскости, проходящей через
его центр масс.
На консольном роторе антипараллельно прикрепляют две
точечные неуравновешенные массы и m 2 на радиуасах гь г2
160
в двух плоскостях (см. рис. 3.6). Значения масс рассчитывают
по формулам
^ст нач доп (/2 + ц )
I
т, = D ----3----•
2 СТ нач доп (/2 _ ц )Гг
На двухконсольном роторе прикрепляют две точечные неу-
равновешенные массы т2 на радиусах rx, г2 параллельно
друг другу в двух плоскостях (см. рис. 3.6). Значения масс рас-
считывают по формулам:
^ст нач доп (/t + /2 ) Г1
Zt
нач доп + / 2 ) г2
Включают привод станка. Переключатель плоскости измере-
ния переводят в положение измерения главного момента дисба-
лансов (в нашем примере 2-я плоскость) и, вращая ручку наст-
ройки этой плоскости, уменьшают влияние главного вектора
дисбалансов на показания индикатора во 2-й плоскости — плос-
кости измерения главного момента дисбалансов. Записывают
показания индикатора до и после разделения плоскостей.
Рассчитывают коэффициенты уменьшения взаимного влия-
ния плоскостей по тем же формулам, что и при двухплоскост-
ной балансировке.
При статической балансировке в динамическом режиме дос-
таточно выполнить первую часть операции — исключить влияние
главного момента на показания индикатора дисбаланса в плос-
кости измерения главного вектора дисбалансов ротора.
Разделение плоскостей коррекции дорезонансных баланси-
ровочных станков выполняют двумя способами. Первым спосо-
бом разделяют плоскости при двухплоскостной балансировке.
Второй способ применяют при статико-моментной балансиров-
ке. Разделение плоскостей коррекции в дорезонансных балан-
сировочных станках, цепь разделения плоскостей коррекции
которых выполнена по схеме a, Ь, с, проводят по геометричес-
ким размерам ротора без его вращения.
Первый способ. Переключатель метода балансировки ставят
в положение для двухплоскостной балансировки. В зависимос-
ти от способа корректировки масс добавлением (+) или съе-
6 Зак. 2219
161
мом материала (—) устанавливают переключатель знака в соот-
ветствующее положение.
Вводят данные о типе балансируемого ротора. Переключате-
ли местонахождения плоскостей коррекции ставят в следую-
щие положения:
для межопорного ротора — от опор к плоскостям, т.е. к се-
редине ротора;
для консольного ротора — от опор в направлении консоль-
ной части (оба переключателя ставят в левое или в правое поло-
жения) ;
для двухконсольного ротора — от опор к плоскостям, т.е.
от середины ротора к консолям (один переключатель ставят в
левое, а другой в правое положение).
Вводят числовые значения геометрических размеров рото-
ра, обозначенных на рис. 6.2 буквами а, Ь, с, г. Ручками потен-
циометров или цифровыми переключателями набирают число-
вые значения радиусов коррекции гг и г2 в миллиметрах для
1-й и 2-й плоскостей. Потенциометром b набирают числовое
значение, равное расстоянию между плоскостями коррекции.
Потенциометрами а и с — расстояния от соответствующих опор
до плоскостей коррекции. При этом величины а, Ь, с могут
быть выражены в миллиметрах, сантиметрах или метрах.
Переключатель диапазонов частот вращения ставят на выб-
ранный диапазон. Этот же переключатель указывает цену деле-
ния индикатора дисбаланса в измерительных устройствах.
Второй способ. Переключатель метода балансировки ставят
в положение для статико-моментной балансировки.
Переключатели местонахождения плоскостей коррекции
ставят в следующие положения:
для межопорного и двухконсольного ротора — от опор к се-
редине ротора;
для консольного ротора — от опор в направлении консоль-
ной части (оба переключателя ставят в левое или правое поло-
жение) . Если одна плоскость измерения моментной неуравно-
вешенности совпадает с одной из опор, то соответствующий пе-
реключатель остается в среднем положении.
Вводят геометрические размеры ротора (см. рис. 6.2). На
цифровом переключателе гх набирают число, равноеz радиусу
коррекции главного вектора дисбалансов. Переключателями а
и с набирают числа, равные расстояниям от плоскости коррек-
Рис. 6.2. Геометрические размеры ротора,
набираемые на пульте измерительного устрой-
ства, выполненного по схеме a, б, с
162
ции до каждой из опор ротора. Расстояние а + с равно расстоя-
нию между опорами. Если плоскость расположена на консоли,
То // с равно расстоянию между опорами. Первый индикатор
будет показывать значение и угол корректирующей массы по
главному вектору дисбалансов.
Второй индикатор настраивают на показания моментной не-
уравновешенности. Переключателем b набирают число, равное
расстоянию между плоскостями коррекции главного момента
дисбалансов. Переключателем г2 набирают число, равное радиу-
су одной из плоскостей коррекции. При такой настройке инди-
катор будет показывать значение и угол корректирующей мас-
сы только в выбранной плоскости. Чтобы найти корректирую-
щую массу в другой плоскости, нужно выполнить несложный
расчет:
ткз =тк2г2/г3,
где г3 — радиус коррекции в другой плоскости. Угол массы
отличается от угла на 180°. Если измеряют только главный
момент дисбалансов, io переключателями г2 и b набирают фик-
тивные числа, например, г2 *= b = 100 мм. Значения главного мо-
мента вычисляют по формуле.
Мд = показания индикатора • цена деления • 10 000 (г-мм2).
Устанавливают переключатель знака (+/—-) в соответствую-
щее положение для каждой плоскости, а переключатель диапа-
зонов частот вращения ставят на выбранный диапазон.
Тарирование зарезонансного балансировочного станка ~
процесс регулировки станка, при котором цену деления инди-
катора дисбаланса связывают с единицами коррекции, выбран-
ными для плоскостей коррекции определенного ротора. При
тарировании станка проводят регулировку индикатора угла
дисбаланса, определяют:
порог чувствительности по значению и углу дисбаланса;
цену деления индикаторов дисбаланса;
линейность шкалы индикаторов;
диапазон показаний станка.
Регулировку индикатора угла дисбаланса выполняют на
станках, в измерительном устройстве которых имеется фазо-
вращатель. В плоскости коррекции тарировочного ротора прик-
репляют максимально допустимую точечную неуравновешен-
ную массу против нулевой отметки, нанесенной на роторе.
Включают привод станка и на постоянной частоте вращения ро-
тора находят цифры меток, совпадающие с индикатором угла
дисбаланса. Поворачивая ручку фазовращателя, приводят его
к нулевой метке. При определении угла дисбаланса с помощью
вращающейся шкалы находят деления подвижной шкалы и пос-
ле остановки ротора поворачивают внешнюю шкалу (неподвиж-
ную) до совмещения с подвижной шкалой.
В измерительных устройствах с генератором опорного сиг-
I)
163
нала опорные токи смещены на 90°. Соответствие между фаза-
ми опорных токов и определенным угловым положением на ро-
торе при необходимости может быть восстановлено поворотом
статора генератора. В плоскости коррекции тарировочного ро-
тора прикрепляют точечную неуравновешенную массу в угло-
вом положении 0°. Включают привод станка и находят угол
дисбаланса. Если он не равен 0°, то отпускают винты зажимно-
го кольца, поворачивают статор генератора на этот угол и снова
зажимают винты. Точность регулировки индикатора дисбаланса
проверяют перестановкой массы на 90°.
Для определения порога чувствительности станка по значе-
нию дисбаланса в плоскости коррекции в тяжелом месте на ра-
диусе гк прикрепляют такую точечную неуравновешенную мас-
су тмин, которая при вращении ротора вызовет наименьшее
изменение показаний индикатора дисбаланса. Эту массу подби-
рают при нескольких пробных пусках ротора. За наименьшее
изменение показаний индикатора дисбаланса принимают одно
деление шкалы. Порог чувствительности по дисбалансу рассчи-
тывают по формуле
ДП = %иЛ-
Порог чувствительности станка по углу дисбаланса находят
с помощью такой точечной неуравновешенной массы, которая
вызывает устойчивые показания индикатора угла. В тяжелом
месте в плоскости коррекции прикрепляют на радиусе г^эту
массу т, включают привод станка и фиксируют показания
индикатора угла. Последовательно перемещают массу т по ок-
ружности радиусом гк и находят такое ее положение, при
котором наблюдаются минимальные изменения угла дисбалан-
са
Цену деления индикатора дисбаланса определяют как отно-
шение изменения измеряемого значения дисбаланса к измене-
нию показаний индикатора. Обратную величину цены деления
называют чувствительностью по дисбалансу. В тяжелом месте в
плоскости коррекции на радиусе гк прикрепляют точечную неу-
равновешенную массу т, вызывающую допустимый начальный
дисбаланс ротора в данной плоскости коррекции. Включают
привод станка и фиксируют показания индикатора дисбаланса.
Подсчитывают изменение значения дисбаланса как разность
между допустимым начальным и остаточным дисбалансами и
изменение показаний индикатора при остаточном и допустимом
начальном дисбалансах.
_ изменение значения дисбаланса
Цена еления - изменение показаний индикатора.
Цену деления измеряют в грамм-миллиметрах на деление
(г-мм/дел) или связывают с другими единицами коррекции,
164
например, корректирующей массой, глубиной сверления и т.п.
Цену деления используют для отсчета дисбалансов, если шкала
индикатора линейна во всем диапазоне показаний станка.
Диапазоном показаний станка называют наибольший и наи-
меньший дисбалансы, измеряемые станком в заданных услови-
ях. Наибольший дисбаланс определяют по предельному откло-
нению показаний индикатора дисбаланса. Наименьший дисба-
ланс соответствует минимально достижимому остаточному дис-
балансу.
Линейность шкалы индикатора дисбаланса находят опыт-
ным путем. В тяжелом месте в плоскости коррекции последо-
вательно прикрепляют 5...7 различных точечных неуравнове-.
шенных масс, и фиксируют показания индикатора дисбаланса
при вращении ротора. Дисбалансы, создаваемые этими массами,
должны охватывать весь диапазон показаний станка. Рассчиты-
вают цену деления индикатора для каждой неуравновешенной
массы Д1, Ц2, Цп и среднюю цену деления в диапазоне пока-
заний по формуле
Находят отклонение от среднего значения в процентах для
каждой неуравновешенной массы
Дср " Hi И,
—-------- = (1 -jT2-) 100%.
Ц ' ^ср
^ср Р
Если отклонение от среднего значения во всех точках не
превышает 5%, то шкалу индикатора дисбаланса считают линей-
ной. В противном случае диапазон показаний станка делят на
поддиапазоны, где сохраняется линейность шкалы.
Тарирование станка при статико-моментной балансировке
проводят по главному вектору и главному моменту дисбалан-
сов. В плоскостях коррекции или измерения прикрепляют то-
чечные неуравновешенные массы, создающие соответственно
статическую и моментную неуравновешенность. Значения неу-
равновешенных масс рассчитывают по тем же формулам, что и
при разделении плоскостей коррекции. Сам процесс тарирова-
ния станка аналогичен рассмотренному выше.
Тарирование балансировочного станка выполняют для каж-
дой плоскости коррекции. Полученные результаты заносят в
карту настройки балансировочного станка.
Тарирование дорезонансного балансировочного станка сос-
тоит в выборе цены деления индикатора дисбаланса. В станках
данного типа цену деления индикатора указывает переключа-
тель диапазонов частот вращения. Однако она может быть не
удобной для балансировки ротора данной массы и геометрии.
165
Поэтому на пульте измеритёльного устройства имеется перек-
лючатель чувствительности.
В плоскости коррекции тарировочного ротора в тяжелом
месте прикрепляют на радиусе г точечную неуравновешенную
массу т, создающую допустимый начальный дисбаланс. Вклю-
чают привод станка и фиксируют показания индикатора дисба-
ланса. Переключатель чувствительности устанавливают в необ-
ходимое положение, дающее наибольшее численное значение по-
казаний в пределах шкалы.
При балансировке на низкой частоте вращения легких рото-
ров чувствительность станка может быть недостаточной для
осуществления высокоточной балансировки. Для повышения
чувствительности станка действительные радиусы коррекции
заменяют фиктивными, уменьшенными в произвольно выбран-
ном масштабе. Цена деления уменьшается пропорционально
уменьшению радиусов коррекции. Новая цена деления дисба-
ланса будет
Новая цена деления =
л фиктивный радиус коррекиии
= цена деления • ----------jr--г-------------•
действительный радиус коррекции
Пример. Цена деления составляет 2 г/дел. Действительные радиусы
коррекции соответственно равны: ri = 150 мм, г2 = 200 мм. Введем
фиктивные радиусы: г, = 30 мм, г2 = 20 мм и определим новую цену де-
ления для каждой плоскости.
30
Цена деления в 1-й плоскости коррекции 2 - = 0,4 г/д ел.
150
20
Цена деления во 2-й плоскости коррекции 2-= 0,2 г/дел.
200
Контроль качества настройки дорезонансного балансировоч-
ного станка проводят с помощью тарировочного ротора. В плос-
кости коррекции в тяжелом месте прикрепляют точечную неу-
равновешенную массу. Включают привод станка и фиксируют
показания индикатора дисбаланса. Сравнение показании инди-
катора с учетом цены деления и внесенной массы с учетом оста-
точного дисбаланса в данной плоскости показывает качество
настройки.
В процессе настройки станка находят продолжительность из-
мерительного цикла. Измерительный цикл включает в себя:
настройку балансировочного станка; подготовку ротора к ба-
лансировке; разгон; считывание показаний; торможение; пре-
образование показаний балансировочного станка к виду, удоб-
ному для уменьшения дисбалансов; прочие операции, напри-
мер, требуемые для обеспечения безопасности.
166
Для исключения субъективных ошибок настройку станка
выполняют несколько раз.
6.8. БАЛАНСИРОВКА ПАРТИИ РОТОРОВ
Балансировку партии роторов проводят на полностью наст-
роенном станке. Вначале балансируют 5...7 роторов, произволь-
но выбранных из партии, так называемую установочную пар-
тию роторов. Балансировку каждого ротора установочной пар-
тии выполняют следующим образом.
Измеряют значения и углы начальных дисбалансов в каж-
дой плоскости коррекции. Рассчитывают значения корректиру-
ющих масс.
Проводят корректировку масс и вновь измеряют значения и
углы дисбалансов ротора. Если дисбалансы ротора больше до-
пустимых значений, то балансировочный цикл повторяют до
тех пор, пока не будут достигнуты допустимые дисбалансы. Оп-
ределяют остаточные дисбалансы в плоскостях коррекции рото-
ра заданным способом. Снимают ротор со станка, вновь уста-
навливают на станок и определяют остаточные дисбалансы. Этот
цикл повторяют несколько раз.
При выполнении работ фиксируют время, необходимое для
проведения балансировочного цикла. Время, необходимое для
настройки станка, не учитывают.
Вычисляют средние значения х и дисперсии а2 совокуп-
ности полученных значений х19 х 2, ..., хп :
хср =Г(А + +- +Х»);
а2 = -^-[ (*1 ~*ср)2 + (*2 - хср)2 + ... + (хп -хср)2 ].
По табл. 32 находят коэффициент Стьюдента t для принятой
доверительной вероятности W, числа опытов или количества ро-
торов установочной партии п. Вычисляют значение
В результате расчетов находят следующие величины:
начальные дисбалансы партии роторов;
остаточные дисбалансы партии роторов при однократной
установке на станке;
остаточные дисбалансы при многократной установке рото-
ров на станке, при расчете которых в качестве значений прини-
мают средние значения для каждого ротора;
продолжительность балансировки одного ротора партии, т.е.
средняя норма времени на операцию.
По полученным максимальным начальным дисбалансам ро-
тора уточняются параметры настройки станка. Остаточные дисба-
лансы при однократной установке ротора на станке служат обо-
снованием выбранного способа контроля и порога чувствитель-
167
ности станка. Остаточные дисбалансы при многократной уста-
новке роторов на станке характеризуют погрешности, вноси-
мые средствами балансировки.
Вычисление значений х и о2 выполняют по прикладной
программе 3.4. (с. 99). р
6.4. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
Техническое обслуживание станков для динамической ба-
лансировки в процессе эксплуатации разделяют на три вида:
ежедневное, ежемесячное и полугодовое.
Ежедневное техническое обслуживание предусматривает ос-
мотр устройств станка; проверку надежности крепления его
элементов; проверку правильности работы отдельных узлов
(плавность вращения вала, колебаний опор и т.п.); очистку и
смазку рабочих поверхностей станины, приводного и баланси-
ровочного устройств.
При ежемесячном техническом обслуживании проверяют
правильность работы всех устройств станка. Регулируют и сма-
зывают приводное устройство, очищают от пыли измеритель-
ный пульт станка. Проводят контроль настройки станка по та-
рировочному ротору.
Полугодовое техническое обслуживание включает проверку
станка и приспособлений на соответствие паспортным данным.
Выполняют все работы, необходимые для ввода станка в
эксплуатацию. Производят замену смазки, проверяют силовое
электрооборудование, заземление, рабочие характеристики из-
мерительного пульта и датчиков, выполняют необходимый про-
филактический ремонт. Настраивают станок на балансировку
ротора определенной массы и геометрии, балансируют устано-
вочную партию роторов.
Все виды технического обслуживания станка оформляют
соответствующими документами.
Техническое обслуживание основных узлов станка. Плос-
кую станину балансировочного станка достаточно периодически
очищать от пыли, смазывать направляющие маслом, проверять
надежность ее крепления к фундаменту. Нерабочие поверхности
станины красят для предотвращения коррозии.
Опорные узлы балансировочных станков с горизонтальной
осью вращения требуют минимального технического обслужи-
вания. Их достаточно периодически протирать и смазывать.
Однако в процессе длительной эксплуатации возможны слу-
чайные удары по опорам, что может вызвать деформации, тре-
щины, забоины упругих элементов. При наличии на лентах или
стержнях забоин, трещин, глубоких царапин, остаточных дефор-
маций, а также ржавчины они подлежат замене. Методом стати-
168
ноского нагружения у динамометрических опор определяют
жесткость.
Шпиндели станков с вертикальной осью вращения требуют
тщательного технического обслуживания. В процессе эксплуа-
тации происходит износ вала и подшипников. Наибольшее вли-
яние на износ оказывают многократные пуски и остановки
шпинделя при балансировке деталей. Величину износа измеря-
ют в микрометрах на тысячу часов работы. Согласно классам
износа шпиндели балансировочных станков должны заменяться
или подвергаться ремонтам при скорости изнашивания вала
2 мкм/тыс. ч и подшипника — 10 мкм/тыс. ч. Надежное смазы-
вание подшипников уменьшает их износ. В процессе обслужива-
ния шпинделя необходимо периодически контролировать нали-
чие смазочного материала и производить его замену, строго сле-
дуя указаниям завода-изготовителя.
Отсутствие люфта в подшипниках, величины радиальных и
торцовых биений вала определяют пригодность шпинделя для
балансировки. Вал шпинделя должен вращаться без заеданий,
иметь постоянный момент трогания в процессе всей эксплуата-
ции. Эти параметры подлежат контролю при ежемесячном тех-
ническом обслуживании станка.
Необходимо смазывать подшипники электродвигателя. В
зависимости от мощности и частоты вращения электродвигате-
ля замену смазочного материала производят через 5000...10 000 ч
работы. При этом снимают подшипники, промывают их в чис-
том бензине и просушивают, а затем смазывают свежим консис-
тентным маслом. При этом количество масла не должно превы-
шать половину объема пространства между внутренним и на-
ружным кольцами подшипника.
После переборки электродвигателя проверяют его дисбалан-
сы и при необходимости проводят балансировку якоря.
В клиноременных передачах регулируют натяжение ремней,
контролируют их износ и при необходимости заменяют но-
выми.
В шестеренчатых редукторах с проточной системой смазыва-
ния промывают фильтр, заменяют масло и регулируют его рас-
ход.
При смазывании методом окунания уровень масла в полос-
ти редуктора не должен превышать центра шестерни, занимаю-
щей нижнее положение. По указателю уровня масла судят о его
количестве, а по наличию стружки в отстойнике принимают ре-
шение о замене масла. Долив масла в редуктор проводят с по-
мощью ручной масленки и шприца.
Тормозное устройство регулируют с помощью винтов, сжи-
мающих пружину тормоза. По мере изнашивания заменяют ко-
лодки тормозного барабана.
Техническое обслуживание аппаратуры управления привод-
169
ным устройством осуществляет соответствующая служба глав-
ного энергетика.
Измерительный пульт станка очищают от пыли при ежеме-
сячном техническом обслуживании пылесосом. Вскрывают по-
тенциометры и промывают обмотку и контакты тетрахлори-
дом. Проверяют электронные лампы. Неисправные ламы заме-
няют новыми. Проверку индикатора дисбаланса, ремонт изме-
рительного пульта выполняет служба главного метролога.
Бесконтактные токовихревые и пьезоэлектрические дат-
чики градуируют при полугодовом техническом обслуживании.
У индукционных датчиков проверяют правильность положе-
ния подвижных катушек. Для проверки положения катушек
отсоединяют тягу от опоры станка и передвигают катушку впе-
ред и назад на несколько миллиметров. Если движение проис-
ходит с заеданием, то датчик снимают. Осторожно выдвигают
катушку из кольцевого паза магнита и осматривают кольцевой
паз. В случае загрязнения кольцевого паза его прочищают ла-
тунной пластинкой, покрытой изоляционной лентой. При обрат-
ной постановке катушки на место ее положение регулируют
так, чтобы при перемещении катушки от среднего положения
не было заедания.
Проверяют сопротивление между зажимами катушки. Если
величина сопротивления отличается от номинального значения
более чем на ± 5%, то катушку следует заменить.
Вибродатчики некоторых типов разборке не подлежат. Их
заменяют новыми по мере необходимости. Эту работу выполня-
ют следующим образом. Снимают вибро датчик с соединитель-
ной тягой. Затем отвинчивают стопорную гайку и снимают сое-
динительную тягу.
На задней стенке нового датчика вывинчивают установоч-
ный винт, снимают подкладку под этим винтом и вталкивают
его в отверстие до упора. Ввинчивают соединительную тягу в
датчик и контрят ее стопорной шайбой.
Вибродатчик закрепляют на стойке станка, а соединитель-
ную тягу устанавливают на опоре. Затем обратно возвращают
подкладку под установочный винт и закрепляют ее.
Неисправности, возникающие в процессе эксплуатации ба-
лансировочных станков, можно разделить на два вида:
исключающие работу каких-либо устройств станка;
нарушающие нормальный режим работы станка.
К первому виду неисправностей относят: отсутствие вра-
щения приводного устройства в целом или его отдельных уз-
лов; отсутствие показаний индикатора дисбаланса при враще-
нии ротора или наличие больших показаний (зашкаливание) ин-
дикаторов при неподвижном роторе. Причинами этих неисправ-
ностей являются дефекты устройств балансировочного станка,
которые определяются при комплексных проверках, а также
с помощью тарировочного или контрольного ротора.
170
Второй вид неисправностей чаще всего обусловлен непра-
вильной эксплуатацией станка или дефектами балансируе-
мого ротора. Типичными неисправностями при балансировке
являются:
1) отсутствие вращения балансируемого ротора;
2) ротор не разгоняется до балансировочной частоты вра-
щения;
3) нет показаний индикаторов дисбаланса при вращении не-
уравновешенного ротора;
4) зашкаливание индикаторов дисбаланса при вращении ро-
тора;
5) низкая чувствительность балансировочного станка;
6) большие периодические или случайные колебания пока-
заний индикаторов дисбаланса;
7) различные показания индикаторов дисбаланса при пов-
торных пусках одного и того же ротора;
8) порог чувствительности по дисбалансу выше допустимых
значений.
Причины типичных неисправностей (1—8)
[1.] Отсутствует соединение приводного устройства с баланси-
руемым ротором. Приводной вал не закреплен на роторе. Нет
натяжения ремня. Заклинены технологические подшипники.
[2.] Неправильно установлен переключатель диапазона частот
вращения или рукоятка коробки передач. Неисправность пус-
ковой аппаратуры приводного устройства. Проскальзывание
ремня из-за слабого натяжения или плохого сцепления. Поверх-
ность ремня или ротора покрыта маслом. Недостаточная смазка
технологических подшипников, не закрыт защитный кожух,
один из вращающихся элементов приводного устройства или
ротор задевают (трутся) за неподвижные части станка и другие
причины, создающие большое сопротивление вращению ротора.
[3.] Не включен измерительный пульт. Не расторможены опоры
балансировочного устройства. Опоры балансировочного устрой-
ства не соединены тягами с датчиками. Неисправность датчи-
ков, кабелей или измерительного пульта.
[4.] Неправильно установлен переключатель чувствительности.
Неуравновешенный ротор плохо закреплен в балансировочном
устройстве. Неправильно собран ротор для балансировки, не за-
креплены или отсутствуют некоторые детали. Начальные дисба-
лансы ротора превышают допустимые значения.
[5.] Нарушена настройка измерительного пульта станка. Частота
вращения ротора отличается от заданной. Существует препят-
ствие колебаниям опор балансировочного устройства. Неис-
правность датчиков, кабелей или измерительного пульта.
[6.] Непостоянная частота вращения при балансировке из-за ко-
лебания напряжения питающей сети, отрыва воздушных вих-
рей, проскальзывания ремней, недостаточного смазывания тех-
нологических подшипников, заеданий вращающихся частей при-
171
вода или колеблющихся опор балансировочного устройства.
Плохо закреплены тяги датчиков, смещена катушка или сам
датчик относительно среднего положения почти до упора. Поме-
хи от приводного соединения, технологических подшипников,
неправильного монтажа ротора в балансировочном устройстве.
Колебания деталей ротора, термическая деформация. Производ-
ственные помехи (удары, вибрации, электромагнитные поля).
Неисправен измерительный пульт станка.
[7.] Изменяется положение деталей ротора, установленных с за-
зорами или плохо закрепленных (лопаток в диске, колец, прос-
тавок и т.п.). Пластические деформации ротора или. его отдель-
ных частей. Плохо закреплены подшипники на опорах станка —
изменяется торцовое биение наружных колец подшипников.
Термйческая деформация. Наличие в полостях ротора жидкос-
ти, стружки, песка и т.д.
[8.] Повышенные производственные помехи, возрастание пог-
решностей балансировочных устройств и приспособлений, свя-
занных с длительной эксплуатацией, неправильное техническое
обслуживание. Пластические деформации ротора при корректи-
ровке масс. Неблагоприятное сочетание значений и углов на-
чальных дисбалансов.
Диагноз неисправностей и способы их устранения зависят
от типа балансировочного станка, приспособлений, конструк-
ции ротора.
Необходимо учитывать, что многочисленные пуски ротора
для окончательной балансировки часто объясняются несовер-
шенством применяемых методов и средств балансировки,
излишне высокой заданной точностью.
6.5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Соблюдение правил техники безопасности способствует
предотвращению производственного травматизма. К работе на
балансировочных станках допускаются лица, изучившие техни-
ческое описание и инструкцию по эксплуатации, технологию ба-
лансировки определенного ротора, прошедшие инструктаж.
Балансировщик деталей и узлов проходит специальное обуче-
ние и аттестацию правилам техники безопасности и пожар-
ной безопасности при работе в цехах промышленных пред-
приятий.
Перед началом работы необходимо надеть спецодежду. Она
должна быть застегнута на все пугрвицы, рукава должны иметь
застегивающиеся манжеты, плотно охватывающие запястье; на-
деть головной убор, под который тщательно убрать волосы.
На спецодежде и головном уборе не должно быть висящих те-
семок, которые могут быть захвачены вращающимися частями
станка.
172
Освободить площадь для работы, удалив посторонние пред-
меты. Разложить детали, приспособления, инструмент, докумен-
тацию.
Проверить исправность изоляции и заземления станка. Про-
вода не должны иметь повреждений. На корпусе станка должен
быть винт заземления с двумя оцинкованными или лужеными
шайбами, между которыми закреплен заземляющий провод.
Если шкаф управления приводным устройством и измеритель-
ный пульт изолированы от станины станка, то они должны быть
заземлены самостоятельно.
Осмотреть основные узлы балансировочного станка, прове-
рить надежность их крепления, наличие и исправность защитных
устройств.
Проверить плавность вращения шпинделя, провертывая его
вручную на один-два оборота.
Во время работы балансируемую деталь необходимо надеж-
но закреплять на опорах станка. При балансировке на подшип-
никах скольжения предусматриваются ограничители осевого
перемещения, которые должны исключать возможность со-
скальзывания детали и ее задевание на неподвижные части
станка.
Проверить надежность крепления детали, сделав 1...2 крат-
ковременных пуска. До начала вращения закрыть защитный ко-
жух.
При вращении ротора запрещается^ находиться в плоскости,
перпендикулярной оси вращающегося ротора и приводного уст-
ройства; касаться вращающихся частей станка руками; откры-
вать защитный кожух.
Техническое обслуживание и ремонт устройств станка про-
водить только при отключенном вводном пакетном выключа-
теле.
По окончании работы отключить станок от питающей сети.
Привести в порядок рабочее место и станок, убрать обти-
рочный материал в специальные металлические емкости.
173
ГЛАВА 7
КОРРЕКТИРОВКА МАСС
Описываются способы и корректирующие устройства; при-
водятся формулы, прикладные программы вычислений, номо-
граммы для расчета корректирующих масс и параметров реза-
ния при съеме металла; простейшие приемы выполнения сле-
сарных и сборочных работ,
7.1. СПОСОБЫ КОРРЕКТИРОВКИ МАСС
Все существующие способы корректировки масс в принци-
пе осуществляются: добавлением массы; перемещением мас-
сы; уменьшением массы; динамической центровкой.
Процесс корректировки масс выполняют вручную с помо-
щью универсального или специального оборудования и автома-
тически.
Добавление массы осуществляют путем прикрепления к по-
верхности ротора в плоскости коррекции специальных баланси-
ровочных грузов (корректирующих масс), а также наплавного
материала.
Конструкции балансировочных грузов весьма разнообраз-
ны. Наиболее часто используют плоские пластины, болты, вин-
ты и т.п. Для корректировки масс изготавливают комплекты
балансировочных грузов, отличающихся между собой массой.
Форма груза и поверхность, по которой груз соединяется с ро-
тором, у всех грузов одинаковы.
В плоскости коррекции наплавляют различные металлы и
пластмассы. Для этих целей используют олово, свинец, смолу
и другие материалы. Пластические массы применяют для кор-
ректировки масс роторов, изготовленных из неметаллических
материалов. Корректирующая масса для наплавки представля-
ет собой бруски, прутки, проволоку или расплавленный мате-
риал.
Соединение специальных балансировочных грузов с по-
верхностью ротора осуществляют: склепыванием, сваривани-
ем, паянием, склеиванием, запрессовкой, резьбовыми крепеж-
ными деталями.
Массу уменьшают путем съема материала с поверхности ро-
тора в плоскости коррекции. Съем материала производят лез-
174
вийным и абразивным режущим инструментом, а также трав-
лением, выжиганием и другими методами физико-химической
обработки.
Материал удаляют: сверлением, фрезерованием, шлифова-
нием, рубкой, резкой, опиливанием и шабрением.
Изменение масс ротора выполняют в специальных плоскос-
тях коррекции, имеющих отверстия, выточки, приливы, пояс-
ки и т.п. Конструкция этих плоскостей обеспечивает необходи-
мую жесткость и массу для уменьшения допустимого начально-
го дисбаланса.
Перемещение масс осуществляется путем перестановки ло-
паток, дисков, проставок и других деталей или материала рото-
ра, а также перемещением специальных постоянных по массе
балансировочных грузов в плоскости коррекции. Одинаковые
детали узла, например лопатки, отличаются друг от друга по
массе не более чем на 2%. Взвесив лопатки, расположенные в
легком и тяжелом месте рабочего колеса, можно произвести
их перестановку таким образом, чтобы в легком месте стояли
лопатки максимального, а в тяжелом минимального веса. В
этом случае отклонения по массе в противоположных точках
рабочего колеса могут достигнуть 4%, что во многих случаях
оказывается достаточным для компенсации дисбаланса. Изме-
рив статические моменты лопаток в легком и тяжелом месте
(например, по 3...5 лопаток с каждой стороны), рассчитыва-
ют их новое положение, уменьшающее начальный дисбаланс
рабочего колеса.
Перемещение масс роторов сборной конструкции осущест-
вляют поворотом дисков друг относительно друга. При этом
из-за биений посадочных поверхностей дисков изменяется поло-
жение главной центральной оси инерции относительно геометри-
ческой оси. Расчетным или экспериментальным путем находят
такое положение дисков, при котором уменьшаются начальные
дисбалансы ротора.
В точном приборостроении массу ротора корректируют пе-
ремещением материала. При этом обычно на внутреннюю по-
верхность ротора наносят слой легкоплавкого материала. В тя-
желом месте плоскости коррекции нагревают ротор и расплав-
ляют некоторое количество материала. Расплавленный матери-
ал под действием центробежных сил переместится в направле-
нии большего расстояния от оси вращения, т.е. в легкое место,
что приведет к уменьшению начального дисбаланса.
Перемещение масс ротора применяют в качестве предвари-
тельной корректировки, так как фактические массы деталей
не перекрывают всего возможного диапазона неуравновешен-
ных масс. Для окончательной корректировки масс используют
две (три) специальные массы, которые можно перемещать в
плоскости коррекции в любое угловое положение, что позво-
ляет корректировать массу ротора в широком диапазоне.
175
В отличие от первых трех способов корректировки масс,
совмещающих главную центральную ось инерции с осью рото-
ра, динамическая центровка направлена на совмещение гео-
метрической оси с ГЦОИ ротора. Обычно центровке подвер-
гают заготовки деталей (коленчатые валы, крыльчатки). По на-
чальным дисбалансам детали рассчитывают смещения упомяну-
тых осей в плоскостях опор и проводят их обточку до совме-
щения осей. Например, по центрам на заготовке коленчатого
вала обтачивают шейки и другие элементы. В результате съема
металла наряду с уменьшением начального дисбаланса повторно
вносится неуравновешенность. Однако динамическая центров?
ка позволяет уменьшить начальный дисбаланс в 3-4 раза. Этот
способ перспективен для корректировки масс сложных тонко-
стенных деталей, которые могут деформироваться при прило-
жении к ним значительных местных усилий резания.
7.2. КОРРЕКТИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Корректировку масс выполняют с помощью универсально-
го и специального оборудования, ручного и механизированного
инструментов, автобалансирующих, электрофизических и элек-
трохимических устройств.
К универсальному и специальному оборудованию относят:
металлорежущие станки, сварочные агрегаты, лазеры и т.п.
Из металлорежущих станков применяют токарные, сверлиль-
ные, фрезерные и шлифовальные станки. На токарных станках
производят динамическую центровку деталей. При выполнении
токарных работ применяют оправки, патроны, планшайбы и
другие приспособления токарного типа; резцы для чернового,
чистового, тонкого точения; скобы-калибры, рычажно-измери-
тельный инструмент.
Сверлильные станки применяют при корректировке путем
уменьшения массы сверлением радиальных или осевых отвер-
стий в роторе. В зависимости от размеров деталей, диаметров
и глубины сверления используют вертикально-сверлильные,
радиально-сверлильные и настольные сверлильные станки.
Сверлильные работы выполняют с помощью приспособле-
ний и вспомогательного инструмента. Значительную часть прис-
пособлений для сверлильных станков составляют кондукторы,
снабженные втулками для направления сверл. НакладныеГкон-
дукторные плиты помещают на деталь. Центрирование плиты
осуществляют по поверхностям детали или по центрирующим
элементам приспособлений. При работе инструментами разного
диаметра в кондукторах применяют быстросъемные втулки.
Для их извлечения из кондуктора достаточно повернуть втул-
ку па небольшой угол вокруг оси, чтобы головка винта прош-
ла через прорезь, сделанную в бурте втулки.
176
На фрезерных станках снимают металл фрезерованием плос-
ких или цилиндрических поверхностей коррекции. На попе-
речные салазки горизонтально или вертикально-фрезерного
станка устанавливают деталь в универсальное (машинные
тиски) или специальное приспособление. Съем металла произ-
водят цилиндрическими, дисковыми или концевыми фрезами.
Съем металла (лыски) с цилиндрической поверхности про-
изводят также на поперечно-строгальных станках.
Корректировка масс мерным режущим инструментом
(сверлами, фрезами) обеспечивает тарированный съем металла.
По параметрам резания, таким, как: глубина резания, ширина,
число отверстий — можно достаточно точно определить снятую
массу металла. Поэтому сверлильные и фрезерные станки вклю-
чают в состав автоматизированных корректирующих устройств.
Круглошлифовальные станки применяют для динамической
центровки (например, для шлифования шеек коленчатого ва-
ла) . На плоскошлифовальных станках производят съем метал-
ла с труднообрабатываемых роторов. Ротор устанавливают с по-
мощью приспособления на магнитном столе станка. Шлифова-
ние выполняют торцом или периферией шлифовального круга.
Работы по съему металла на металлорежущих станках, как
правило, выполняют станочники соответствующих профессий.
Съем металла ручным и механизированным инструментом, а
также на сверлильных станках часто выполняет балансиров-
щик деталей и узлов, совмещая профессии слесаря, сверлов-
щика и некоторые другие.
Корректировку масс в крупносерийном производстве объе-
диняют с измерением дисбалансов ротора. Для этих целей соз-
дано специальное оборудование, в состав которого входят
как устройства балансировочного станка, так и дополнитель-
ные устройства (например, корректирующее, транспортное
или управляющее). Устранение дисбаланса осуществляют од-
ним из рассмотренных выше способов с неподвижной или с вра-
щающейся детали.
Устранение дисбаланса с неподвижной детали производят
лезвийным инструментом корректирующими устройствами,
созданными на базе металлорежущих станков. Принцип дей-
ствия корректирующих устройств для корректировки масс
при вращении детали основан на электрофизических и электро-
химических методах обработки: электроэрозионным, лазер-
ным, электронно-лучевым, плазменного напыления и некото-
рых других.
Лазерное корректирующее устройство удаляет неуравнове-
шенную массу при вращении ротора. Световой луч лазера (оп-
тического квантового генератора ОКГ) позволяет обрабаты-
вать поверхности, выполненные как из металлических, так и не-
металлических материалов с высокими физико-механическими
свойствами. Корректировка масс основана на принципе много-
177
импульсной обработки. Каждый Последующий импульс имеет
энергию излучения меньшую, чем предыдущий. Величина энер-
гии регулируется пропорционально изменению дисбаланса ро-
тора. После обработки на поверхности образуется след в виде
глухого отверстия различной формы. Такие устройства работа-
ют в автоматическом режиме с достаточно высокой точностью
и производительностью. Балансировочный станок с лазерным
корректирующим устройством с твердотельным лазером обес-
печивают балансировку 10...20 роторов в час массой от 20 до
300 г с точностью 0,2...0,02 г-мм/кг.
Электронно-лучевое корректирующее устройство удаляет
материал из зоны действия луча. Балансируемый ротор враща-
ется в вакуумной камере, куда направлены электронные лучи.
Электрический сигнал от вибропреобразователя запускает
электронно-оптическую систему в момент прохождения тяже-
лого места через линию действия луча. За счет большой удель-
ной мощности электронного луча металл в зоне тяжелого мес-
та нагревается до 6000° С и испаряется. Остальные участки рото-
ра имеют нормальную температуру.
Корректирующее устройство, основанное на методе взрыва
проволочек в магнитном поле (плазменное напыление), добав-
ляет массу при вращении ротора. В момент прохождения лег-
кого места против щели устройства подается высокое напряже-
ние ( 1000...1100 В) на контакты, между которыми закрепле-
на тонкая проволочка. Вызванный этим напряжением ток
(2000 А) расплавляет материал за 15 мкс, т.е. расплавление но-
сит характер взрыва. Электромагнитные силы выбрасывают
расплавленный металл из щели на поверхность ротора в его лег-
кое место. Производительность корректировки масс такого
устройства составляет 0,006...1 г-мин" 1. Автоматические балан-
сировочные станки, в которых использован метод взрыва про-
волочек в магнитном поле (мод. ЭЗ-105, ЭЗ-90, ЭЗ-84), успеш-
но Применяют для балансировки роторов асинхронных элек-
тродвигателей, якорей электробритв, ограночных дисков. Так
производительность специализированного станка для автомати-
ческой балансировки асинхронных электродвигателей мод. ЭЗ-
105 составляет 40...100 роторов в час.
Электрохимическое корректирующее устройство осущест-
вляет съем металла анодным растворением. Электролит подво-
дится в зазор между ротором и электродами через их отверс-
тия. При прохождении мимо электрода тяжелого места по ко-
манде от датчика балансировочного станка подается электро-
лит. Вращение ротора способствует удалению продуктов анод-
ного растворения. Производительность электрохимического ус-
тройства значительно превышает производительность электро-
физических корректирующих устройств.
Автобалансирующие устройства автоматически компенси-
руют изменение дисбалансов ротора в эксплуатационных усло-
178
виях. Барабаны стиральных машин, центрифуги, шлифоваль-
ные круги оснащают автобалансирующими устройствами.
7.3. РАСЧЕТ КОРРЕКТИРУЮЩИХ МАСС
Корректирующей массой может быть любая локальная или
распределенная масса, расположенная в плоскости коррекции.
При корректировке масс путем добавления или перемещения
материала применяют пластины, шайбы, прутки различного се-
чения, болты, винты, гайки и т.п. В этом случае производится
расчет размеров, числа и углового положения уравновешиваю-
щих масс.
При корректировке масс путем уменьшения материала оп-
ределяют глубину и диаметр сверления, число отверстий или па-
зов, диаметр фрезы, глубину резания и другие параметры ре-
зания.
Корректировка масс добавлением массы. В качестве загото-
вок для изготовления корректирующих масс применяют плас-
тины (полосы) постоянной толщины и ширины, а также прут-
ки постоянного сечения. Наиболее употребительными материа-
лами является сталь, медь, алюминий, свинец.
Значение корректирующей массы
"1Л=РначНЛ +ДК),
где D нач — начальный дисбаланс ротора в плоскости коррек-
ции; R — радиус плоскости коррекции; АЛ — половина толщи-
ны пластины или диаметра прутка. Сумма R + AR представляет
собой радиус коррекции.
Длину корректирующей массы (рис. 7.1) определяют по
Приближенные формулы справедливы до&не более 0,785 R.
Если в результате расчета получаются большие значения дли-
ны корректирующей массы, то следует изготавливать две мас-
Рис. 7.1. Размеры корректирующих масс
6)
179
сы, каждая из которых равна 0,5 тк. Расчет повторяют для но-
вых корректирующих масс.
Пример. Начальный дисбаланс ротора в плоскости коррекции радиу-
сом R = 150 мм составляет ^нач = 1500 г-мм. Корректирующие массы из-
готавливают из стальной полосы толщиной h = 5 мм и шириной I = 10 мм.
Рассчитать длину полосы.
Находим значение корректирующей массы:
т _ °нач_ 1500
тк~~~&-750ТТ5-9’836 Г
R + ~2
и рассчитываем длину полосы:
m Ю3
Ь =-------
phi
9,836 Ю3
7,85- 5 • 10
= 25,06 мм.
Проверяем соотношение
Ы R = 25,06/150 = 0,17,
Что меньше допустимоТо значения 0,785.
Для изготовления корректирующих масс широко использу-
ют также наборы шайб, болтов, винтов и других крепежных
деталей. Наборы составляют из деталей одинаковой или различ-
ной массы. Их массы в наборе, обычно, образуют последова-
тельность чисел, в которой разность между последующими и
предыдущими значениями остается неизменной. Такую после-
довательность называют арифметической прогрессией. Напри-
мер, набор из 20 болтов с массами: 1; 1,5; 2; 2,5; ...; 10,5 —
образует арифметическую прогрессию с разностью 0,5 г. Балан-
сировочные грузы маркируют порядковым номером.
По расчетному значению корректирующей массы для набо-
ров с постоянной массой определяют число балансировочных
грузиков
m к - «о
где т0 — постоянная масса детали, фиксирующей набор;
/Идет — масса одной детали из набора.
Порядковый номер балансировочного груза в наборе вычис-.
ляют по формуле
т - т„ - т,
п _ —----------+ । ,
а
где тх — масса первого балансировочного груза; d разность
прогрессии. Если в результате расчета получается п больше числа
грузов в наборе, то новое число грузов N находят как корень
квадратного уравнения
a N2 + bN + с = 0;
180
здесь я = d; b = 2т r — d; c- ~2 (m% —m0). Корни этого уравне-
ния находят по прикладной программе для микроЭВМ.
Прикладная программа для микроЭВМ. Вычисление корней
квадратного уравнения. Исходные данные для вычислений: я,
Ь, с.
Программа 7.1 для микроЭВМ ’’Электроника” Б 3-3 4, МК-54, МК-56-Ш-П
Адрес Команда Код Адрес Команда Код
00 ПО 40 18 ч— 14
01 с/п 50 19 Fx<0 5С
02 t ОЕ 20 23 23
03 2 02 21 14
04 13 22 1-1 0L
05 /-/ 0L 23 10
06 t ОЕ 24 13
07 Fx2 22 25 FBx 0
08 ипо 60 26 БП 51
09 С/П 50 27 33 33
10 X 12 28 /-/ 0L
11 FBx 0 29 FV 21
12 F, 25 30 ИПО 60
13 — 11 31 13
14 F 21 32 14
15 КНОП 54 33 ипо 60
16 Fx>0 59 34 13
17 28 28 35 с/п 50
Инструкция балансировщику
Содержание Набрать число Выполнить команды Результат
1. Включите калькулятор 2. Введите программу 7.1 3. Проверьте правильность набора программы 3.1. Занесите величины 1 Н1РГ ввод FABT В/О С/П 1
1 С/П 1
— 2 С/П — 2
3.2. Выведите результат 4. Очистите программный счетчик 5. Вычислите корни 5.1 Занесите величины а В/О В/О С/П —2 — в регистре х, 0 1 - в регистре у, 1 а
а, Ь, с, b С/П b '
5.2. Вычислите корни с С/П с Nj — в регистре х, 0 N2 — в регистре у, 1
181
Замечание. В качестве искомого значения N выбирают ^больший
положительный корень, который округляют до ближайшего целого
числа.
Пример. Начальный дисбаланс ротора в плоскости коррекции радиу-
сом 7? = 150 мм составляет Рнач = 1500 г-мм. Корректирующие массы
подбирают из набора винтов. Первый груз в наборе имеет массу тх = 2 г,
разность прогрессии d = 0,5 г, число грузов 20 шт. Необходимо рассчи-
тать порядковый номер балансировочного груза для изготовления кор-
ректирующей массы.
Находим значение корректирующей массы
пняч 1500
тк = /? = —777— =10г-
* К 150
Рассчитываем порядковый номер балансировочного груза по формуле
Щ,- - тх
n = ~d-------
+ 1 = 10»г 2 +1 = -^- + 1 = 17.
0,5
Отсюда корректирующей массой является винт с порядковым номе-
ром 17.
Рассчитанные по этим формулам балансировочные грузы не должны
занимать более 1/8 части окружности.
В некоторых конструкциях роторов корректирующие мас-
сы допускается устанавливать только в определенные места
плоскости коррекции, заданные чертежом, например, на
лопасти трехлопастного вентилятора. Часто угол дисбаланса
не совпадает с этими местами, поэтому корректировку масс
выполняют двумя балансировочными грузами (рис. 7.2). Зна-
чения масс грузов находят с помощью теоремы синусов по
формулам:
Пнач sin^
т - ---НАЫ---.--
1 rk sm <р3
_ ^нач sin^t
rk sin^3
где <pi — угол между линией действия дисбаланса и первым ба-
лансировочным грузом; i^2 — угол между линией действия дис-
баланса и вторым балансировочным грузом;
*Рз - 180° - (у>1 + <р2)о
Значения Wj и т2 вычисляют по прикладной программе для
микроЭВМ.
Рис. 7.2. Корректировка масс в заданных местах плоскости
коррекции
182
Прикладная программа для микроЭВМ. ”Вычисление двух корректи-
рующих масс в плоскости коррекции”.
Исходные данные для вычислений:
— значение корректирующей массы в плоскости коррекции; , <р2 —
углы между линией действия дисбаланса (легким местом) и балансиро-
вочными грузами.
Программа 7.2 для микроЭВМ ’’Электроника”БЗ-34, МК-54, МК-56.
Адрес Команда Код Адрес Команда Код
00 Ш 41 01 С/П 50 02 ПА 4“ - 03 С/П 50 04 ПС 4С 05 + 10 06 F cos 1Г 07 /-/ 0L 08 F arc cos 1— 09 ПВ 4L 10 С/П 50 11 F sin 1С 12 ИПА 6~ 13 F sin 1С 14 # 14 15 ИШ 61 16 FBx 0 17 : 13 18 X 12 19 П2 42 20 С/П 50 21 FBx 0 22 ИПС 6С 23 F sin 1С 24 X 12 25 ПЗ 43 26 С/П 50 27 X 12 28 X 12 29 2 02 30 : 13 31 ПД 4Г 32 С/П 50
Инструкция балансировщику
Содержание Набрать число Выполнить команды Результат
1. Включите калькулятор 2. Введите программу 7.2 ТОРГ ввод 3. Проверьте правильность FABT набора программы 3.1. Занесите величины 1 В/О С/П 1 46 С/П 46 69 69 3.2. Выведите результат с/П 55 С/П 1,259 . ~ С/П 1,298 4. Очистите программный счетчик В/О 5. Вычислите корректиру- ющие массы 5.1. Введите исходные данные mk С/П т, Ъ С/П 5.2. Выведите результаты вычислений B/q С/П тх С/П шг
183
Корректировка масс перемещением массы. При корректи-
ровке масс двумя постоянными по значению т и переменными
по положению (угол (0) балансировочными грузами вычисляют
угол между ними по формуле
Рис. 7.3. Номограмма для определения
угла между двумя постоянными по
массе и переменными по положению
балансировочными грузами
2тгк
2(0 = arc cos ---—
& нач
или с помощью номограммы
(рис. 7.3). При пользовании
номограммой вычисляют от-
ношение 2тг^/2?нач и по оси
ординат откладывают по-
лученное значение, из кото-
рого проводят прямую,
параллельную оси абсцисс до
пересечения с кривой. Из точ-
ки пересечения проводят пря-
мую, параллельную оси орди-
нат до пересечения с осью аб-
сцисс. Точка пересечения этой
прямой с осью указывает ис-
комый угол 2(0.
Пример. Начальный дисбаланс ротора в плоскости коррекции радиу-
сом = 150 мм составляет £>нач = 1500 г-мм, угол дисбаланса равен 100°
Конструкцией ротора предусмотрена корректировка масс двумя постоян-
ными грузами массой т = 5 г каждый на радиусе = 150 мм. Определить
положение корректирующих масс.
Вычисляем отношение
2тгк 2-5г-150мм
D нач 1500 г-мм
По кривой на рис. 7.3 находим угол между корректирующими масса-
ми, соответствующими отношению 1. Угол составляет 120° . Следователь-
но, первую корректирующую массу нужно установить под углом =
= 100° + 180° - 60° = 220° , а вторую корректирующую массу —- под углом
= 100° + 180° + 60° = 340° относительно начала отсчета углов в плос-
кости коррекции.
Корректировка масс уменьшением массы. Уменьшение мас-
сы производится съемом материала с поверхностей ротора ре-
жущим инструментом. Обработку цилиндрических поверхнос-
тей выполняют по круговому кольцу и сегменту.
При съеме металла по кольцу (рис. 7.4) прямоугольного се-
чения h-l вначале находят массу на угловую единицу (радиан):
= phlR (1 -
Если отношение /г/2А не более 0,01...0,03, то эту массу мож-
но вычислять по приближенной формуле
= phlR.
184
Рис. 7.4. Номограмма для определения размеров кольца при корректировке масс:
$ - центр масс часта кольца
Затем рассчитывается отношение #начЛп Я и по кривой 1
находят центральный угол 2<р в градусах. По^кривой 2 опреде-
ляют отношение rk/R.
Полученный центральный угол полностью определяет кор-
ректирующую массу ротора. Действительный радиус коррекции
гк используют для проверки правильности вычислений:
^нач pac4 = w^2^-
Пример. Начальный дисбаланс ротора в плоскости коррекции радиу-
сом R = 150 мм составляет ^нач= 1500 г-мм. Корректировка масс допус-
кается по стальному круговому кольцу прямоугольного сечения h = 5 мм,
I = 10 мм. Определить центральный угол.
Массу кольца находим по приближенной формуле
т^= phlR- 7,85-10“®-540-150 =58,9 г/рад.
Определяем отношение
-^-- = 1,7.
58,9-150
^нач
m^R
По кривой 1 (рис. 7.4) находим центральный угол 2^ = 115° = 2,02 рад. По
кривой 2 и углу 2$= 115° определяем отношение r./R = 0,84, откуда полу-
чаем фактический радиус коррекции гк = 0,84Я = 0,84-150 = 126 мм.
Проверяем точность выполненных расчетов т 2рг.= 58,9-2,02-126 =
= 1499 г-мм. k
При корректировке масс по сегменту (рис. 7.5) зададим-
ся шириной резания Z. Обычно эта величина указана в техничес-
кой документации. Затем находим отношение начального дис-
баланса ротора в плоскости коррекции к постоянным парамет-
рам.
ДНач/^3-
185
Рис. 7.5. Номограмма для опреде-
ления размеров сегмента при кор-
ректировке масс:
s — центр тяжести сегмента
По кривой 1 находим вспо-
могательный угол (половина
центрального угла сектора),
зная который по кривой 2
определим относительную вы-
соту сегмента h/R , Высота
h является необходимым и
достаточным параметром для
съема неуравновешенной
массы.
Пример. Начальный дисбаланс
ротора в плоскости коррекции
радиусом R = 25 мм составляет
^нач ~ 1^00 г-мм. Допустима кор-
цилиндрической поверхности шири-
г/мм3. Необходимо
с
1500
ректировка масс съемом металла
ной I =5,5 мм, плотность металла р = 2,7103
определить глубину резания.
Находим отношение
D 1500 1
---наа--- = -------------------= ------------ = 6,47.
plR3 2,7-10 ^-5,5 (2,5) 3 103 2,7-5,5-15,62
По кривой 1 (см. рис. 7.5) определим угол = 41° , а по кривой 2—
относительную высоту’сегмента h/R = 0,59; откуда высота сегмента h —
= 0,59 R = 0,59-25 = 14,75 мм. Эта величина и будет глубиной резания.
Корректировка масс ротора сверлением отверстий в плос-
кости коррекции — наиболее распространенный способ умень-
шения массы. При сверлении отверстий вдоль оси ротора
(рис. 7.6) удаляемую массу вычисляют по формуле
тк = ^нач^Л-
Диаметр отверстия глубину сверления h и число отвер-
стий п определяют из выражения
тк
4
Приближенный расчет выполняется в следующем порядке.
Задаются диаметром отверстия из допустимых диаметров,
указанных в технических требованиях на балансировку. Рас-
считывается удаляемая масса md при сверле-
нии одного отверстия диаметром d и глуби-
ной h:
md ~ Р nd3
Рис. 7.6. Осевое отверстие для корректировки масс
186
Вычисляется отношение ^нач1^тагк и выбирается необходи-
мое число отверстий. Если это отношение меньше 1, то доста-
точно одно отверстие (п =1), если больше 1, то оно округля-
ется в большую сторону до целого числа, определяющего необ-
ходимое число отверстий п. Следует иметь в виду, что произве-
дение dn должно быть меньше 0,785г^, иначе погрешность рас-
чета превысит допустимое значение.
Затем вычисляется глубина сверления каждого отверстия:
h =[ (—«21.) -А + 0,19] d.
5mdrk п
Пример. Начальный дисбаланс ротора в плоскости коррекции состав-
ляет £>нач = 1500 г-мм, Допустима корректировка масс сверлением осе-
вых отверстий диаметром до d = 6 мм на радиусе = 100 мм, глубиной
не более h =30 мм (плотность материала д = 7,85-10-3 г/мм3). Необхо-
димо определить число отверстий, диаметр и глубину сверления.
Принимаем диаметр сверления d - 6 мм. Рассчитываем массу
P*d3 7,85-10’«-3,14-63
w -------------- =------------------- = 1,33 г.
а 4 Л
4
Находим отношение
D 1500
-ная =-------------= 2,25
5 5-1,33-100
а к
и определяем число отверстий п = 3. Вычисляем глубину сверления каж-
дого отверстия
D с -
h = [ (—)£. -н0,19 ]d=[2^5 + 0,19] 6 =23,7 мм.
Параметры радиальных отверстий находим по номограмме,
приведенной на рис. 7.7. Задаваясь диаметром отверстия d, вы-
числим массу на единицу дли-
ны (за единицу длины h при-
нимаем h = 2?/10):
_ „ d2 В
mh-PnT 10’
Определяем отношение
D„=Jmh R-
По кривой 1 находим отно-
сительную глубину сверления
Рис. 7.7. Номограмма для определения
параметров радиального отверстия:
s — центр тяжести отверстия
187
h/R. Если Dn2L4lmhR < 5, то достаточно одного отверстия, в
противном случае полученное значение делят на 5 и ок-
ругляют в большую сторону до целого числа, которое и
определит необходимое число отверстий. Следует учиты-
вать длину дуги, которую занимают отверстия, и калибр свер-
ления. Дуга не должна превышать 0,7857?, а калибр —
h/d <5.
Пример. Начальный дисбаланс ротора в плоскости коррекции радиу-
сом/? = 100 мм составляет £> ч = 1500 г-мм. Допустима корректировка
масс сверлением радиальных отверстий Диаметром не более d = 6 мм, глу-
биной не более h = 30 мм (плотность материалар = 7,85-10-3 г/мм3). Не-
обходимо определить число отверстий, диаметр и глубину сверления.
Принимая диаметр сверления d = 6 мм, находим массу одного отвер-
стия глубиной R /10 по формуле
Определим отношение
Отсюда число отверстий
лг = 6,76/5 = 1,35.
Полученную величину округлим до 2, т.е. п = 2.
Вновь определим отношение
Днач = 1500
2т hR 2-2,22-100 ’ ’
По рис. 7.7 находим глубину сверления (h/R = 0,44) h = 44 мм. Так
как глубина сверления превышает допустимое значение (h - 30 мм), то
расчет повторим для большего числа отверстий п = 4. В результате полу-
чим отношение 6,76/4 = 1,69 и относительную глубину сверления h/R =
= 0,19. Откуда глубина сверления каждого из четырех отверстий будет
h = 0,19/? = 19 мм. При шаге отверстий 2d они занимают дугу окруж-
ности 2dп = 2-6-4 = 48 мм, что составляет
48/(/?-Л ) =48/(100-19) =0,59 < 0,785.
Для расчетов корректирующих масс роторов на производ-
стве используют таблицы, графики, номограммы, прикладные
программы для микроЭВМ, связывающие начальный дисбаланс
с конкретными параметрами корректирующей массы, кото-
рые должны быть указаны в технических требованиях на балан-
сировку.
188
7.4 ПРИЕМЫ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ
Основными видами работ, выполняемыми при корректи-
ровке масс, являются: разметка, рубка, резка, опиливание,
сверление, нарезание резьбы, клепка, пайка, сборка. Приступая
к работе, необходимо подготовить рабочее место. На рабочем
месте должны находиться только те инструменты и приспособ-
ления, которые необходимы для выполнения задания. Инстру-
менты, приспособления и материалы располагают в удобных
местах. Измерительные инструменты размещают отдельно от
рабочего инструмента на специальной полочке, а чертежи на
планшете-подставке.
Инструменты должны удовлетворять следующим требова-
ниям:
молотки должы быть прочно насажены на рукоятки и рас-
клинены в отверстия стальными клиньями;
поверхности рукояток молотков, напильников, отверток
должны быть чистыми, без сучков, трещин и отколов;
ударные части кернеров, выколоток, зубил не должны быть
сбиты или скошены от ударов;
рабочие части инструментов должны быть правильно зато-
чены.
Перед заточкой инструмента проверяют прочность закреп-
ления ограждения шлифовального круга, ременной передачи,
правильность закрепления подручника (зазор между подруч-
ником и шлифовальным кругом не должен превышать 3 мм),
состояние шлифовального круга, исправность работы заточ-
ного станка.
При работе на заточных и сверлильных станках, с пневма-
тическими или электрическими машинками, рубке, клепке,
пайке рабочий должен пользоваться защитными очками.
Разметка. Разметочные работы при корректировке масс яв-
ляются вспомогательной технологической операцией, заключа-
ющейся в переносе размеров корректирующей массы на плос-
кость коррекции. Разметку обычно выполняют на плоской и
цилиндрической поверхности.
На плоских поверхностях (торце ротора, пластине) наносят
риски, дуги окружностей, кернят разметочные линии, по кото-
рым будет проводиться резка, рубка, опиловка. На цилиндри-
ческих поверхностях в основном наносят риски, ограничиваю-
щие обрабатываемый участок поверхности.
Перед разметкой подготавливают поверхности: очищают их
от пыли, грязи, окалины. Необработанные поверхности окраши-
вают меловым раствором, чисто обработанные поверхности
ротора окрашивают раствором медного купороса или специ-
альным лаком для разметки. Краситель наносят тонким равно-
мерным слоем перекрестными вертикальными и горизонталь-
189
ними движениями кисти. После окончания окрашивания по-
верхность просушивают.
Риски наносят разметочными инструментами — угольни-
ком, линейкой и чертилкой. При нанесении рисок острие чер-
тилки плотно прижимают к ребру угольника (или линейки),
одновременно наклоняя чертилку в сторону направления дви-
жения. Для получения четкой прямой линии следует проводить
риску с небольшим нажимом, не изменяя наклона чертилки от-
носительно ребра угольника. Нельзя по одной и той же риске
проходить 2 раза, так как линия получится раздвоенной.
При разметке углов применяют циркуль, линейку и чер-
тилку.
Нанесение окружности (дуги окружности), деление ее на
части и построение многоугольников выполняют относительно
центра или с отложением размеров от внутреннего или наруж-
ного диаметра детали.
В первом случае находят центр окружности с помощью
угольника центроискателя. Угольник состоит из двух планок,
соединенных под углом 90°, и жестко закрепленной линейки,
рабочее ребро которой делит угол 90° пополам. На размечае-
мый торец детали накладывают угольник — центроискатель
так, чтобы обе его планки касались цилиндрической поверх-
ности детали. Прижимая линейку угольника к поверхности
торца, проводят чертилкой первую диаметральную риску.
Угольник-центроискатель поворачивают по цилиндрической
поверхности на угол 90° (приблизительно) и проводят чер-
тилкой вторую риску. Точка пересечения двух рисок является
центром размеченной окружности. Из этого центра циркулем
проводят дуги (окружности) требуемого радиуса, которую
делят на необходимые части.
При отложении размеров от кромок детали применяют
штангенциркуль. С помощью микрометрического винта рамку
устанавливают на требуемый размер. Плотно прижимая непод-
вижную губку к цилиндрической поверхности, подвижной
губкой проводят окружность.
Для нанесения горизонтальных линий на цилиндрической и
торцовой поверхности детали применяют штангенрейсмус с
чертилкой.
Для контроля правильности производственной разметки
кернят разметочные линии. Операция кернения заключается в
выполнении керном небольших углублений по рискам. Рабо-
чая часть разметочных кернов имеет угол заострения 45 или
60°. Обязательно кернят точки пересечения и сопряжения ли-
ний. На прямых линиях керновые углубления делают на рас-
стоянии 15...20 мм; на окружностях и дугах — на расстоянии
5... 10 мм. Сначала кернер устанавливают на риску наклонно
от себя. Затем, не сдвигая кернер с риски, ставят его перпенди-
190
кулярно разметочной плоскости и наносят по кернеру легкий
кистевой удар молотком.
Рубка. В некоторых конструкциях роторов для съема ме-
талла при корректировке масс в плоскости коррекции предус-
мотрены специальные пояски. Съем металлов производят зу-
билами или крейцмейселями, представляющими собой род
узких зубил. В зависимости от твердости обрабатываемого ма-
териала угол заточки зубил может быть: 70° — для чугуна
и бронзы; 60° ~ для стали; 45° — для меди и латуни. Вели-
чину угла заточки контролируют на просвет с помощью
плоского шаблона с угловыми вырезами 70,60, 45°; прямоли-
нейность кромки проверяют линейкой. Удары по зубилам про-
изводят молотками массой 0,4...0,8 кг. Угол наклона зубила
к горизонту должет быть 30...35°. Материал толщиной 3...5 мм
разрубают в два приема. Сначала делают глубокое надрубание
с одной стороны, а затем переворачивают деталь другой сторо-
ной и разрубают окончательно.
Если невозможно применить рубку в тисках, то, например,
полосовой металл укладывают на наковальню; режущие кром-
ки зубила устанавливают на риску при вертикальном положе-
нии зубила; предварительно надрубают полосу до половины
толщины, переворачивают ее и надрубают с другой стороны.
Устанавливают место надруба у края плиты и, нажимая руками,
производят надлом.
Вырубание слоев металла прямой или криволинейной фор-
мы выполняют крейцмейселем. За один прием вырубают не бо-
лее 1 мм, оставляя припуск на чистовую рубку около 0,5 мм.
Главным условием в прорубании пазов является заточка крейц-
мейселя с поднутрением, что обеспечивает получение чистых
кромок канавок.
Для механизации рубки применяют пневматические рубиль-
ные молотки.
Резка. Разрезание металлов вручную применяют в основном
при изготовлении балансировочных грузов из листового и
полосового материалов. Резку проводят ручными слесарными
ножовками, острогубцами (для проволоки), ручными ножни-
цами.
Особенности процесса резки полосового металла состоят
в том, что резание выполняют по узкой стороне полосы при
условии, что резание производят не менее трех зубьев ножовоч-
ного полотна. Резку заготовок толщиной менее шага зубьев
полотна следует осуществлять ножовкой в вертикальном
положении, со слабым нажимом на инструмент. Ножовкой
работают с использованием всей длины ножовочного полотна.
Листовой материал толщиной 0,5 ... 0,8 мм режут ручными
ножницами, а толщиной до 4 мм ~ ручными рычажными нож-
ницами. Ножницы подбирают в зависимости от вырезаемого
контура:
191
для прямолинейного резания — с прямыми и широкими
лезвиями;
для наружной криволинейной резки с изогнутыми широ-
кими лезвиями;
для вырезания по внутренним кривым линиям — с изог-
нутыми узкими лезвиями.
Опиливание поверхностей широко распространено при кор-
ректировке масс как для съема металла с поверхности ротора,
так и для подгонки корректирующей массы при ее изготовле-
нии. Опиливание плоских и фасонных поверхностей произво-
дится по разметке. При этом применяют ручной (напильники)
и механизированный (пневматические и электрические машин-
ки) инструмент.
Перед, пуском машинки Проверяют надежность заземления
и наличие смазочного материала. Исправность машинки устанав-
ливают путем пробного пуска вхолостую в течение 1 мин.
Грубую обдирку поверхностей производят фрезами-
шарошками.
Режущий инструмент необходимо плавно и равномерно
перемещать по обрабатываемой поверхности, не допуская вол-
нистой поверхности.
Опиливание и зачистку поверхностей выполняют круглыми
напильниками. При обработке необходимо правильно выби-
рать силу нажима на напильник: чем меньше насечка напиль-
ника, тем меньше должна быть сила нажима. От стружки
напильники очищают стальными щетками, при засаливании
напильники очищают мелом, натирая пбверхность в направлении
насечек.
Для шлифования и зачистки поверхностей применяют шли-
фовальные круги и абразивные фасонные головки, конфигу-
рация которых зависит от профиля обрабатываемой поверх-
ности. Процесс шлифования выполняют в такой же последо-
вательности, как опиливание поверхностей круглыми напиль-
никами. Для достижения требуемой шероховатости поверх-
ностей их полируют каучуковыми, войлочными и каучуко-
абразивными кружками.
Сверление. Обработку отверстий проводят на сверлиль-
ных станках, электрическими и пневматическими машинками,
дрелями.
Подготовка сверлильного станка к работе заключается в
установке и закреплении режущего инструмента и детали,
в определении скорости и подачи резания. Сверло выбирают
в соответствии с заданным диаметром отверстия. Следует учи-
тывать, что в результате биения сверла при работе диаметр
отверстия получается несколько больше диаметра сверла:
Диаметр сверла, мм.. 5 10 25 50
Диаметр полученного
отверстия, мм....... 5,08 10,12 25,2 50,28
192
Для получения отверстий диаметром более 20 мм предва-
рительно сверлят отверстие сверлом меньшего диаметра, а
затем рассверливают его под размер сверлом большего диа-
метра. Диаметр меньшего сверла должен быть больше длины
перемычки сверла, которым будет просверлено заданное
отверстие.
В зависимости от формы хвостовика сверла подбирают
сверлильный патрон или переходную втулку.
На столе сверлильного станка закрепляют деталь с приспо-
соблением: в ручных тисках, призмах, кондукторе. Сверление
отверстий производят по разметке, кондуктору или шаблону.
Сверление по разметке выполняют в два приема — пробное
сверление, при котором засверливают небольшие углубления
для контроля правильности положения сверла, и окончатель-
ное сверление по центру намеченного отверстия. Полученный
диаметр отверстия проверяют калибром-пробкой и штанген-
циркулем, глубину сверления глухих отверстий — глубиноме-
ром.
Использование кондукторов исключает необходимость
разметки и накернивания центров. Точность сверления обеспе-
чивают направляющие втулки кондуктора.
При сверлении ряда отверстий вместо кондуктора приме-
няют шаблон. Шаблон представляет собой стальную пластину
по форме поверхности с необходимым рядом отверстий. Шаб-
лон накладывают на деталь, фиксируют в определенном поло-
жении и закрепляют. Сверление выполняют в следующем
порядке. Через шаблон сверлят одно отверстие и фиксируют
контрольным штифтом. Затем сверлят второе отверстие на
другом конце детали и также фиксируют штифтом. Пооче-
редно сверлят по шаблону остальные отверстия. Снимают
шаблон и напильником удаляют заусенцы, образовавшиеся
при сверлении.
Особенности сверления отверстий под резьбу заключаются
в правильном выборе диаметра сверла. Диаметр сверла можно
выбрать по табл. 7.1, для других резьб по ГОСТ 19257—73.
Глубина глухих отверстий под резьбу должна быть больше
длины нарезаемой части, чтобы калибрующая часть метчика
немного зашла за ее пределы.
Наладку сверлильного станка на расчетную глубину свер-
ления осуществляют по втулочным упорам на сверле или изме-
рительной линейке, закрепленной на станке. Для наладки
сверло подводят к поверхности детали, сверля на глубину
конуса сверла. На линейке отмечают начальное показание.
К этому показанию прибавляют расчетную глубину сверления
и получают отметку, до которой следует производить сверле-
ние. Сверление по втулочным упорам преимущественно при-
меняют при работе электрическими и пневматическими машин-
7 Зак. 2219
193
Диаметр сверла для отверстий
под нарезание метрической резьбы, мм
Таблица 7.1
Номинальный диаметр резьбы Шаг резьбы Диаметр сверла Номинальный диаметр резьбы Шаг резьбы Диаметр сверла
1 0,2 0,80 0,75 5,25
6
0,25 0,75 1 5,00
0,25 1,75 0,75 6,25
2 7
0,4 1,60 1 6,0
0,35 2,65 0,75 7,25
3 8
0,5 2,50 1 7,00
-- 0,5 3,50 1 8,00
4 9
0,7 3,30 1.25 7 „80
0,5 4,50 1 9,00
5 10
0,8 4,20 1,25 8,80
1,5 8,50
ками. Втулку закрепляют на сверле на расчетном расстоянии
от конуса сверла.
Для повышения стойкости режущего инструмента и полу-
чения чистой поверхности отверстия при сверлении металлов
и сплавов используют смазочно-охлаждающие жидкости: мыль-
ную эмульсию, смесь минеральных и жирных масел, керосин
с касторовым или сурепным маслом.
При работе на сверлильных станках электрическими и
пневматическими машинками необходимо соблюдать требо-
вания безопасности труда:
1) до начала работы внимательно осмотреть и проверить
исправность защитных устройств; исправность пусковых прис-
пособлений и распределительных устройств; надежность за-
земления; осмотреть инструмент и приспособления; работать
можно только исправным инструментом;
2) во время работы запрещается чистить, обтирать и смазы-
вать движущиеся и вращающиеся части, переставлять ремень
при работающем электродвигателе; нельзя сдувать или удалять
стружку руками, пользоваться тампонами или ветошью для
подачи охлаждающей жидкости в обрабатываемое отверстие,
прикасаться к вращающемуся сверлу; при сверлении хрупких
металлов (бронза, чугун) необходимо надевать защитные
очки;
3) после окончания работы следует очистить станок от
стружки и грязи волосяной щеткой, протереть хлопчатобумаж-
ной ветошью, смазать ручной масленкой в местах, указанных
в карте смазки.
194
Нарезание резьбы. В машиностроении широко используют
высокопроизводительные методы нарезания резьбы с помощью
резьбонарезного инструмента. Однако на практике при кор-
ректировке масс в большинстве случаев нарезают резьбу вруч-
ную.
Наружную резьбу нарезают круглыми плашками. Диаметр
стержня под резьбу выбирают по табл. 7.2. Для уменьшения
трения при нарезании резьбы и получения малой шерохова-
тости резьбы применяют смазочные материалы: для стали —
вареное масло; для чугуна и алюминия — керосин; для меди —
скипидар; для бронзы смазка не требуется.
Таблица 7.2
Диаметр стержней под метрическую резьбу
при нарезании плашками, мм
Диаметр резьбы Шаг резьбы Диаметр стержня
наименьший наибольший
Мб 1,00 5,80 5,80
М8 1,35 7,80 7,90
мю 1,50 9,75 9,85
М12 1,75 11,76 11,88 .
М 14 2,00 13,70 13,82
М16 2,00 15,70 15,82
М18 2,50 17,70 17,82
М20 2,50 19,72 19,86
Внутреннюю резьбу нарезают комплектом из трех мет-
чиков. Нарезанную резьбу проверяют предельным резьбовым
калибром-пробкой.
Нарезание резьбы на .сверлильных станках электрическими
и пневматическими машинками выполняют с применением
специального предохранительного патрона. В патроне предус-
мотрено закрепление метчика с регулируемым допустимым
усилием. Особенностью машинок для нарезания резьбы явля-
ется реверсивный механизм.
Клепка. Корректирующую массу с тонкостенной поверх-
ностью ротора соединяют заклепками с потайной или полук-
руглой головкой. Диаметр заклепки зависит от толщины скле-
пываемых деталей: d = 2Ь, где Ъ — наименьшая толщина склепы-
ваемой поверхности (листа). Заклепки размещают на шве в один
или несколько рядов. Шаг между центрами заклепок в одно-
рядном шве t - 3 d, в двухрядном шве t = 4 d. Клепку выпол-
няют молотками массой 300 ... 500 г.
Разметку обычно производят на пластине (корректирующей
массе) нанесением рисок. В месте пересечения рисок-накер-
нивают центры отверстий. Сверлят и зенкуют отверстия в плас-
тине, причем диаметр отверстия должен быть больше диаметра
заклепки на 0,1 ... 0,2 мм. Пластины с просверленными отвер-
стиями используют в качестве шаблона для сверления от-
верстий в роторе.
Зенковку производят в соответствии с конусностью голов-
ки заклепки.
Длина стержня для образования головки в потай опре-
деляется по формуле I - а +1,2 d, где а — общая толщина скле-
пываемых деталей. Общая длина стержня для образования
полукруглой головки равна I = a +l,5d.
При клепке заклепок с полукруглой головкой отверстия
раззенковывают на глубину 1 мм. Вставляют заклепку, осажи-
вают листы, стержень заклепки, формируют и отделывают
замыкающую головку. Закладную головку заклепки при
этом вкладывают в лунку поддержки, а отделку замыкающей
головки до образования гладкой сферической формы выпол-
няют с помощью обжимки.
Клепку пластин на крупногабаритных деталях, например
вентиляторах, выполняют двое рабочих. Один из работающих
удерживает массивную поддержку, а второй наносит удары
молотком по обжимке, осаживая и формируя головку заклеп-
ки. В этом случае применяют также пневматические клепаль-
ные молотки.
Пайка. Пайкой жестко соединяют металлические детали
или наносят необходимое количество массы припоя в легкое
место ротора. Этот процесс применяют при корректировке
масс небольших роторов, так как пайка не обеспечивает боль-
шой механической прочности соединения деталей.
Припой является сплавом нескольких металлов, хорошо
растекается по поверхности, надежно сцепляется с металлом
и обладает сравнительно низкой температурой плавления.
Применяют оловянно-свинцовые припои (ПОС-Ю, ПОС-ЗО и
т.п.). Для удаления окислов, лучшего растекания припоя,
для предохранения от окисления во время пайки на поверх-
ность вводят флюс: травленую кислоту или канифоль.
Пайку обычно производят электрическими паяльниками.
Стержень паяльника имеет клинообразную рабочую часть, на
которой поддерживается постоянная температура во время
работы. Рабочая часть паяльника должна быть чистой, без
заусенцев и иметь слегка притупленную вершину. Заправку
рабочей части производят плоским личным напильником.
Перед пайкой поверхность детали очищают шабером, на-
пильником или надфилем до металлического блеска. Волося-
ной кисточкой наносят жидкий флюс. Твердый флюс (кани-
фоль) наносят разогретым паяльником.
Рабочую часть паяльника погружают на короткое время в
сосуд с травленой кислотой для очистки от окислов. Другой
способ очистки рабочей части паяльника состоит в погружении
в канифоль. Очищенную рабочую часть вводят в соприкосно-
196
вение с припоем, забирая на жало паяльника две-три капли
расплавленного припоя.
Подносят припой к месту пайки, покрытому флюсом. Как
только место прикосновения прогреется, припой будет стекать
с жала. Медленно перемещая паяльник вдоль шва в одном
направлении, равномерным слоем наносят припой. При осты-
вании припой имеет чистую блестящую поверхность.
Если пайка проводилась с применением кислоты, то ее
остатки удаляют промывкой шва теплой водой.
Правила техники безопасности при пайке предусматривают:
пайку необходимо проводить под вытяжным зонтом;
строго соблюдать правила пользования кислотами, работая
при этом в защитных очках, резиновых перчатках и спец-
одежде;
паяльники укладывать на специальные металлические под-
ставки для предупреждения пожаров и ожогов;
после работы с оловянно-свинцовыми сплавами и кисло-
тами необходимо тщательно мыть руки.
Сборка. Распространенными сборочными операциями при
балансировке являются: сборка резьбовых соединений и соеди-
нений с гарантированным натягом.
Резьбовые соединения образуют крепежные детали. К ним
относятся крепежные болты, винты, шпильки, гайки, шайбы
и т.п. Сборку резьбового соединения выполняют следующим
образом. Стыкуют собираемые детали, совмещая отверстия, в
которые вставляют болт. Надевают на болт шайбу и навин-
чивают гайку от руки. Затем гайку затягивают простым клю-
чом или специальным инструментом с заданным усилием.
В многоболтовом соединении необходимо обеспечить равно-
мерность затяжки, не допуская коробления соединяемых де-
талей. Сначала все гайки завинчивают от руки. Затем гайки
слегка затягивают ключом. Окончательное завинчивание гаек
проводят в определенной последовательности, например, крес-
накрест, по звездочке и т.п.
Для предотвращения самоотвинчивания гаек, болтов,
винтов и шпилек обязательно предусматривается стопорение
резьбового соединения. Применяют стопорение гайки относи-
тельно болта, стопорение крепежных деталей относительно
стягиваемых деталей и взаимное стопорение нескольких гаек,
болтов и т.п.
Стопорение гайки относительно болта или шпильки осуще-
ствляется контровочными гайками, пружинящими шайбами,
самоконтрящимися гайками, шплинтами, кернением и другими
контрящими деталями.
Контровочные гайки навинчивают после затягивания основ-
ной гайки. Пружинную шайбу устанавливают под гайки,
которую затягивают с заданным усилием. При затяжке деталей
из цветных металлов и их сплавов сначала ставят обыкновен-
7в Зак. 2219
197
ную шайбу, а затем пружинную. Шплинты устанавливают двумя
способами: один усик шплинта загибают вверх на торец бол-
та, а другой — вниз на грань гайки; оба усика загибают на гра-
ни гайки. Надрывы, трещины, вмятины в местах изгиба не
допускаются. Шплинт используют только один раз. Для флан-
цевых соединений широко применяют стопорение пластин-
чатыми замками и шайбами, которые устанавливают на флан-
цы под гайки. После затяжки соединения отгибают усики на
грани гайки (болта).
Стопорение крепежных деталей относительно одной из стя-
гиваемых деталей выполняют проволокой, специальными зам-
ками и т.п. После затягивания соединения стопорение выпол-
няют следующим образом: проволоку пропускают через отвер-
стия в болте (гайке) и детали, а затем закручивают; отгибают
один усик в отверстие на детали, а другой — на грань болта
(гайки); кернят резьбу в соединении в местах нахождения
шлиц под отвертку.
Взаимное стопорение нескольких гаек, болтов, винтов
осуществляют общёй пластинкой с отгибными усиками, а
также связывают общей проволокой.
При сборке резьбовых соединений и стопорении применяют
слесарно-сборочный инструмент и смазывание крепежных
деталей. У правильно затянутых крепежных деталей на выс-
тупающих концах болтов и шпилек резьба не должна иметь
повреждений, они должны плотно прилегать к сопрягаемым
деталям.
Соединения с гарантированным зазором или натягом явля-
ются основным видом соединений деталей балансируемого
узла и ротора. При корректировке масс и подготовке ротора
к балансировке приходится часто производить их сборку и
разборку.
Сборка узлов с гарантированным зазором проводится
вручную. Для предотвращения заедания детали ее посадоч-
ную поверхность перед сборкой тщательно протирают и сма-
зывают тонким слоем жидкого масла. Перекос деталей при
сборке исключают применением направляющих, по которым
перемещается деталь.
Запрессовку деталей при гарантированном натяге в соеди-
нение производят ударами молотка по втулке, центрирующей
деталь и передающей усилия запрессовки; винтовыми прис-
пособлениями для запрессовки и прессами. Для уменьшения
усилия запрессовки временно уменьшают, натяг, нагревая
деталь с отверстием или охлаждая деталь, входящую в отвер-
стие. Распрессовку выполняют с помощью съемников.
Работоспособность подшипников, точность балансировки
роторов во многом зависят от качества сборки подшипнико-
вых узлов. Процесс сборки опор с подшипниками трения
198
качения и трения скольжения включает подготовительные,
контрольные и сборочные операции.
Подготовка подшипников к сборке состоит в промывке,
просушивании и смазывании. Перед сборкой контролируют
действительные размеры подшипников, осматривают его на
предмет выявления коррозии, забоин, трещин и других де-
фектов. Для облегчения напрессовки внутреннего кольца под-
шипника на вал его прогревают в масляной ванне до 100°С.
Кольца подшипников напрессовывают до упора в торец сопря-
гаемых поверхностей с помощью сборочных приспособлений
и инструмента. Подбором компенсаторных прокладок регули-
руют осевой зазор в радиально-упорном подшипнике; изме-
ряют радиальные зазоры в подшипниках скольжения. Конт-
роль качества сборки опор проверяют по легкости вращения
вала ротора от руки или динамометрическим ключом. При
выполнении указанных работ необходимо соблюдать чистоту
сборки, не допуская попадания в подшипник посторонних
частиц.
ГЛАВА 8
ТЕХНОЛОГИЯ БАЛАНСИРОВКИ
Даются краткие сведения о технологическом процессе балан-
сировки как составной части производственного процесса изго-
товления изделия; об организации балансировочных работ
на участке и в бригаде, о нормировании и тарификации работ,
формах технологических документов; приводятся рекоменда-
ции по рациональному выбору средств балансировки и
режимов работы оборудования, по выбору прогрессивной
технологии.
8.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
О ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ БАЛАНСИРОВКИ
Технология — это совокупность методов обработки, изго-
товления, изменения состояния, свойств, формы сырья, матери-
ала или полуфабриката, применяемых в процессе производства,
для получения готовой продукции.
Технология — это наука о способах воздействия на сырье,
материалы и полуфабрикаты соответствующими орудиями
производства.
Производственным процессом завода, цеха, участка и т.п.
называют весь комплекс процессов организации, планирования,
снабжения, изготовления, контроля и тщ., необходимых для
превращения поступающих на завод (участок, цех) полуфаб-
рикатов или сырья в готовую продукцию.
Часть производственного процесса, непосредственно свя-
занная с изменением формы, размеров или состоянием детали,
есть технологический процесс. Технологические процессы раз-
личают по виду процесса и виду продукции: например, техно-
логический процесс сборки масляного насоса, технологический
процесс термической обработки вала, технологический процесс
механической обработки шестерни.
Под технологическим процессом балансировки понимают
последовательное изменение исходного состояния детали,
узла или ротора в заданное путем добавления, уменьшения или
перемещения масс. Основным элементом технологического
процесса балансировки, так же как и любого технологического
процесса, является операция. Операция есть часть технологи-
200
ческого процесса, выполняемая на одном рабочем месте до
перехода к балансировке следующей детали (узла).
Если, например, процесс определения значений и углов
дисбалансов и их уменьшение выполняется одновременно на
одном станке, то процесс будет осуществляться в одну опера-
цию. Но если сначала определить значения и углы дисбалансов
ротора на балансировочном станке, а затем произвести коррек-
тировку масс на другом рабочем месте, например на сверлиль-
ном станке, то получатся две операции: первая — ’’определе-
ние дисбалансов”, вторая — ’’корректировка масс”.
Операция является неделимой в организационно-плановом
отношении частью технологического процесса и служит основ-
ной единицей производственного планирования.
Балансировка детали может быть выполнена за одну опе-
рацию или же за несколько операций. В связи с этим разли-
чают два вида операций: предварительная и окончательная.
Коэффициент уменьшения дисбаланса зависит от точности
определения значения и угла дисбаланса, а также точности
уменьшения (добавления, перемещения) корректирующей
массы. Для современных балансировочных станков считается
приемлемым снижение начального дисбаланса в 15 ... 20 раз.
При больших начальных дисбалансах может понадобиться
несколько предварительных операций. Количество операций
тем больше, чем выше точность балансировки.
Операцию расчленяют на переходы ~ определенные закон-
ченные действия рабочего. К ним относятся: пуск станка в ход,
измерение значения дисбаланса в первой плоскости коррекции,
установка и снятие детали и т.п.
Процесс балансировки одной и той же детали может быть
осуществлен различными способами. Организация процесса
балансировки определяется типом машиностроительного произ-
водства.
Тип производства выделяется по признакам широты
номенклатуры, регулярности, стабильности и объему выпус-
ка изделий. Различают следующие типы производств: единич-
ное, серийное и массовое.
Единичное производство характеризуется широкой номенк-
латурой изготовляемых или ремонтируемых изделий и малым
объемом их выпуска. По принципу единичного производства
организованы опытные заводы и цехи основного производства,
цехи и участки вспомогательного производства, ремонтные
цехи и участки.
Серийное производство характеризуется ограниченной но-
менклатурой изделий, изготовляемых или ремонтируемых
периодически повторяющимися партиями. В зависимости от
количества изделий в партии различают мелкосерийное, сред-
несерийное и крупносерийное производство. По принципу
серийного производства организованы многие заводы и цехи.
201
Массовое производство характеризуется узкой номенк-
латурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно
изготовляемых или ремонтируемых в течение продолжитель-
ного времени. В массовом производстве преимущественно
применяют автоматические балансировочные станки и линии.
По принципу массового производства организована баланси-
ровка коленчатых валов, колес автомобилей, электродви-
гателей.
8.2. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ
Форма организации балансировочных работ зависит от
установленного порядка выполнения операций технологичес-
кого процесса, расположения технологического оборудования,
количества изделий и направления их движения в процессе
изготовления. Форма организации работ определяется типом
производства, программой выпуска изделий, трудоемкостью
и т.п. При этом могут быть установлены две формы: группо-
вая и поточная.
Поточную форму организации работ применяют в массо-
вом и крупносерийном производстве. За каждым рабочим
местом закрепляется определенная операция. Например, рабо-
чий только определяет дисбаланс детали или производит кор-
ректировку масс. Все операции выполняются согласованно
и ритмично с соблюдением такта выпуска деталей. Если, напри-
мер, трудоемкость операции определения дисбалансов состав-
ляет 5 мин, а корректировки масс ~ 15 мин, то для обеспе-
чения ритмичности нужно создать три рабочих места для кор-
ректировки масс. Рабочие места размещают в последователь-
ности, строго соответствующей технологическому процессу.
Поточная форма организации работ предусматривает невы-
сокую квалификацию балансировщиков, так как широко
используются автоматические и полуавтоматические балан-
сировочные станки и специальные приспособления. Пределом
поточной формы организации работ является автоматическая
линия по балансировке определенной детали.
Групповая форма организации работ характеризуется
специализацией рабочих мест, совмещением операций и про-
фессий рабочих. Организуется бригада рабочих, полностью
выполняющая весь технологический процесс балансировки
различных деталей, узлов и роторов. В состав бригады вклю-
чаются балансировщики деталей и узлов, слесари механосбо-
рочных работ, станочники. Число рабочих в бригаде и их
профессии зависят от объема и сложности работ. Примерный
состав бригады, выполняющей статическую и динамическую
низкочастотную балансировку роторов сборной конструк-
ции, может быть следующим:
202
1. Балансировщик деталей и узлов 5 ... 6-го разряда.
2. Балансировщики 2 ... 4-го разряда.
3. Слесари механосборочных работ 2 ... 4-го разряда.
4. Слесарь по контрольно-измерительным приборам и авто-
матике 4-го разряда.
5. Контролеры и контрольный мастер.
6. Вспомогательные рабочие.
В состав бригады при выполнении сложных работ входит
также технолог. Члены бригады, как правило, совмещают
1 ... 2 профессии.
В единичном производстве, во вспомогательных цехах
весь комплекс балансировочных работ выполняет высоко-
квалифицированный балансировщик деталей и узлов.
Рабочее место балансировщика и бригады балансировщиков
представляет собой часть производственной площади цеха или
участка с необходимым оборудованием, технологической
оснасткой, средствами измерений, сборочным и режущим
инструментом, вспомогательными материалами, применяемы-
ми рабочим для выполнения операций. Чаще всего на заводах
организуют балансировочный участок, имеющий три зоны.
В первой зоне устанавливают балансировочные станки; во
второй зоне производят сборочные работы; в третьей зоне
осуществляют корректировку масс ротора. Балансировочные
станки должны быть удалены от оборудования, оказывающего
на них вредное влияние (вибрации, электромагнитные поля
и т.п.).
Помещение балансировочного участка должно быть свет-
лым, иметь высоту не менее 3,2 м; полы и стены должны
быть окрашены масляной краской или облицованы моющими-
ся материалами. В помещении балансировочного участка долж-
на поддерживаться относительная влажность не выше 70%
и температура не ниже +15°С и не выше +30°С. Освещение
рабочих мест, где производится определение дисбалансов,
сборка узлов, съем металла, должно быть не менее 200 ... 300
люкс. В необходимых случаях применяют местное освещение.
На каждого рабочего должно приходиться не менее 4,5 ...
6 м2. Площадь всего балансировочного участка определяется
размерами технологического оборудования и видом выполня-
емых работ. Рабочее место балансировщика оснащают: балан-
сировочным станком, верстаком, стеллажом, грузоподъемным
механизмом и весами.
Верстак предназначен для выполнения механосборочных
работ при подготовке ротора и станка к балансировке. На кры-
шке верстака устанавливают и закрепляют необходимую оснаст-
ку для сборки роторов и узлов станка. При сборке крупно-
габаритных деталей вместо верстака используют тележки и
инструментальный столик. В ящиках верстака хранятся техно-
203
логические документы, инструмент, небольшие приспособ-
ления, запасные детали к балансировочному станку.
Стеллаж предназначен для длительного или кратковремен-
ного хранения приспособлений для балансировки, а также
балансируемых деталей и узлов, приспособлений и инструмен-
та для их сборки.
Рабочее место для съема металла должно иметь местную
приточно-вытяжную вентиляцию.
Охрана труда и противопожарные мероприятия на баланси-
ровочном участке направлены на создание безопасных условий
высокопроизводительного труда. К вредным факторам отно-
сятся: производственные пыль, шум, вибрация и т.п.
Вредные воздействия на кожу оказывают некоторые сма-
зочно-охлаждающие жидкости, в состав которых входят керо-
син, щелочь, скипидар и различные масла. Станки оборудуют
защитными экранами, препятствующими попаданию СОЖ на
кожу рабочего. Для защиты от разъедающих жидкостей, раст-
ворителей и масел кожу смазывают мазями до и после работы.
Производственная пыль состоит из минеральных и метал-
лических частиц, образующихся в процессе обработки материа-
лов. Для борьбы с пылью устраивают местную пылеулавливаю-
щую вентиляцию, вводят обработку материала с увлажнением,
защищают дыхательные пути респираторами.
Работа балансировщика постоянно сопровождается шумом
и вибрациями от балансировочного станка и ручного механизи-
рованного инструмента. Устройство ограждений вращающихся
частей станка и ротора, покрытие стен и потолка помещения
звукопоглощающими материалами, применение наушников,
работа в рукавицах с мягкой накладкой значительно улуч-
шают условия труда.
Плохое состояние инструмента, неисправность электро-
оборудования, незнание или невыполнение рабочим безопас-
ных приемов работы, нарушение правил техники безопасности
могут быть причинами производственного травматизма. Метал-
лические части станков и отдельно стоящие электрические
шкафы, пульты заземляют в соответствии с правилами устрой-
ства электроустановок. Следует лишь регулярно следить за
исправностью заземления. Напряжение в сети 36 В относитель-
но безопасно. Поэтому светильники местного освещения, руч-
ной электрифицированный инструмент должны иметь напря-
жение не выше 36 В. Однако опасность поражения током увели-
чивается, если у рабочего мокрая одежда, влажные руки, если
он стоит на мокром полу. На участке должны находиться
резиновые рукавицы, галоши или резиновый коврик, исполь-
зуемые для безопасного выполнения работ при обращении с
электрооборудованием.
Правильное применение индивидуальных и коллективных
средств защиты от вредных производственных факторов, стро-
204
гое соблюдение правил техники безопасности исключают произ-
водственный травматизм.
Пожары в производственных помещениях возникают в
большинстве случаев от халатного отношения к хранению
воспламеняющихся производственных отходов (масляных тря-
пок, пакли, бумаги), используемых для очистки станков,
инструмента и обтирания рук. Поэтому все воспламеняющиеся
материалы необходимо хранить в отдельной металлической
таре с крышкой и в специально отведенном месте. Пожары
могут возникать также вследствие самовозгорания промас-
ленных концов, неисправности электропроводов и электро-
приборов.
Во избежание пожаров необходимо выполнять все противо-
пожарные мероприятия, курить только в специально отведен-
ных местах, хранить огнеопасные материалы в сосудах из мяг-
ких аллюминиевых сплавов в отведенных местах хранения,
следить за исправностью электросети. Каждый работник дол-
жен знать месторасположение сигнализации о пожаре, а также
уметь пользоваться ручными средствами пожаротушения.
83. НОРМИРОВАНИЕ И ТАРИФИКАЦИЯ РАБОТ
Под технической нормой времени понимают продолжи-
тельность времени, необходимого для выполнения операции
в предусмотренных для нее условиях. Время на балансировку
одной детали (без наладки станка) складывается из несколь-
ких частей:
где То — основное (машинное) время; Тв — вспомогательное
время; Тоб —- время обслуживания рабочего места; Тп ~
время перерывов на отдых и личные надобности.
Основное время ~~ это время, в течение которого непосред-
ственно достигается цель операции. При операции определения
дисбалансов детали основное время равно продолжительности
измерительного цикла. При механосборочных работах это
время, затрачиваемое непосредственно на осуществление сбор-
ки, съема металла и т.п.
Вспомогательное время представляет собой время, которое
затрачивает рабочий на установку, закрепление и снятие де-
тали, управление станком и другие действия, сопровождающие
выполнение основной работы.
Основное и вспомогательное время в сумме составляет
время оперативной работы для балансировочной операции, на-
зываемое продолжительностью балансировки. При норми-
ровании сборочных и балансировочных операций То и Тв
не разделяют и дают их в виде оперативного времени: ~
- Т + Т
х о * в-
205
Время обслуживания рабочего места, затрачиваемое ра-
бочим в течение рабочего дня на уход за рабочим местом, тех-
ническое обслуживание станка, подготовку к работе приспособ-
лений, инструментов, документации, исчисляют в процентах
на одну деталь от оперативного времени. Обычно принимают
тоб = 0,02 топ.
Время перерывов на отдых рабочего и личные надобности
Тп принимают в размере 2 ... 7% Топ в зависимости от тяжес-
ти работ.
В серийном и единичном производстве учитывается еще
подготовительно-заключительное время ТП 3. Это время затра-
чивается рабочим на ознакомление с предстоящей работой,
подготовку и наладку станка, приспособлений и инструментов,
а также на снятие приспособлений и инструментов после балан-
сировки партии деталей. Величина Тп 3 не зависит от количе-
ства деталей в партии и ее устанавливают на всю партию дета-
лей.
Норму времени в условиях партионной работы называют
калькуляционной нормой времени
~ Лит +
где п — число деталей в партии.
Нормы на балансировочные работы устанавливают опытно-
статистическим путем при балансировке установочной партии
деталей, хронометрируя отдельные операции. При установив-
шемся производстве нормы уточняют хронометражным путем.
Подготовительно-заключительное время не включают в норму
времени на одну деталь и оплачивают отдельно.
Вместе с технической нормой времени устанавливают
профессию, разряд работы, выполняемой на операции, и тариф-
ную сетку, определяющую условия работы (например, горя-
чие, холодные и др.).
Профессия ’’Балансировщик деталей и узлов” имеет 5
разрядов (2 ... 6-й разрад). Рассмотрим характеристики и при-
меры работ, а также перечень необходимых навыков и знаний
для балансировщика по каждому разряду.
Балансировщик 2-го разряда должен знать:
1. Способы определения значений и углов главного вектора
начальных и остаточных дисбалансов на станках для статичес-
кой балансировки при помощи силы тяжести на невращающем-
ся роторе. Способы определения массы, центра массы и стати-
ческих моментов.
2. Способы корректировки масс добавлением материала
и уменьшением массы сверлением отверстий, опиловкой по-
верхностей. Простые приемы выполнения работ при коррек-
тировке масс.
з. Устройство, принцип действия, конструкцию, подго-
товку к работе и техническое обслуживание станков для ста-
тической балансировки типа СБС.
206
4. Назначение и правила применения простых средств балан-
сировки.
5. Типовой технологический процесс статической баланси-
ровки.
Должен выполнять следующие работы:
подготавливать к работе и статически балансировать детали
общего назначения на станках для статической балансировки
типа СБС;
простую разметку, рубку, резку, опиливание несложных
поверхностей, сверление отверстий для корректировки масс
ротора;
настраивать балансировочные станки типа СБС под руко-
водством балансировщика более высокой квалификации.
Примерами статической балансировки могут быть бараба-
ны, части сельскохозяйственных машин, станков и технологи-
ческого оборудования, маховики, крыльчатки, вентиляторы и
другие детали общего назначения.
Балансировщик 3-го разряда должен знать:
1. Методы динамической балансировки деталей и жестких
роторов простой формы. Способы определения осевых и эква-
ториальных моментов инерции тел.
2. Способы корректировки масс уменьшением и переме-
щением масс. Сложные приемы выполнения работ при коррек-
тировке масс.
3. Устройство, принцип действия, конструкцию, подготов-
ку к работе и техническое обслуживание простых станков для
динамической балансировки. Методику настройки и оценку
норм точности станков для статической балансировки типа
СБС.
4. Назначение и правила применения средств балансировки
средней сложности.
5. Типовой технологический процесс динамической баланси-
ровки простых деталей и роторов.
Должен выполнять следующие работы:
подготавливать к работе и динамически балансировать де-
тали общего назначения на предварительно настроенных прос-
тых станках для динамической балансировки;
настраивать станки для статической балансировки типа
СБС и станки для динамической балансировки под руковод-
ством балансировщика более высокой квалификации;
основные виды работ при корректировке масс.
Примерами динамической балансировки деталей общего
назначения могут быть вентиляторы, части станков и машин,
роторы асинхронных электродвигателей, крыльчатки центро-
бежных насосов.
Балансировщик 4-го разряда должен знать:
1. Методы низкочастотной балансировки жестких роторов
сложной конфигурации.
2. Способы расчета корректирующих масс.
207
3. Устройство, принцип действия, конструкцию, подготовку
к работе и техническое обслуживание сложных станков для
динамической балансировки. Методику настройки и оценку
норм точности простых балансировочных станков.
4. Назначение и правила применения сложных средств балан-
сировки.
5. Типовой технологический процесс низкочастотной балан-
сировки жестких роторов сложной конфигурации.
Должен выполнять следующие работы:
подготавливать к работе и динамически балансировать
роторы с повышенными требованиями по точности балансиров-
ки на предварительно настроенных сложных станках;
настраивать и оценивать точность простых станков для
динамической балансировки и сложные станки под руковод-
ством балансировщика более высокой квалификации;
рассчитывать корректирующие массы и выполнять слож-
ные виды работ при корректировке масс.
Примерами динамической балансировки жестких роторов
сложной конфигурации могут быть роторы турбогенераторов,
крупных электродвигателей со специальными требованиями,
турбонасосов.
Балансировщик 5-го разряда должен знать:
1. Методы низкочастотной балансировки квазигибких рото-
ров. Конструктивно-технологические особенности балансиров-
ки роторов в собственных подшипниках и в собственном
корпусе.
2. Способы расчета дисбалансов при многоплоскостной ба-
лансировке и высокочастотной балансировке жестких роторов
на месте установки.
3. Устройство, принцип действия, конструкцию, техническое
обслуживание станков для высокочастотной балансировки.
Методику настройки и оценки норм точности сложных станков
для динамической балансировки.
4. Типовой технологический процесс высокочастотной
балансировки.
Должен выполнять следующие работы :
подготавливать к работе и динамически балансировать
жесткие роторы в собственных подшипниках и в собственном
корпусе, а также балансировать во многих плоскостях квази-
гибкие роторы;
ба лансировать на высоких частотах вращения жесткие ро-
торы на месте установки;
на страивать и оценивать нормы точности сложных станков
для динамической балансировки;
все виды расчетных работ при балансировке.
Примерами балансируемых роторов могут быть роторы
компрессоров, многоступенчатых паровых и газовых турбин,
приводы точных приборов и станков, гироскопы.
208
Балансировщик 6-го разряда должен знать:
1. Методы высокочастотной балансировки гибких роторов.
2. Способы расчета дисбалансов при высокочастотной ба-
лансироке на разгонно-балансировочных стендах.
3. Правила выбора рабочих технологических процессов
балансировки.
4. Методики расчетов допустимых дисбалансов, настройки
и оценки норм точности станков для высокочастотной баланси-
ровки.
Должен выполнять следующие работы:
балансировать особо ответственные роторы различных ти-
пов на станках для динамической балансировки и на месте их
установки;
балансировать гибкие роторы, настраивать и оценивать
нормы точности разгонно-балансировочных стендов под руко-
водством инженера;
составлять рабочие технологические процессы низкочастот-
ной балансировки жестких и квазигибких роторов простой
конфигурации.
Примерами балансируемых роторов могут быть роторы
крупных турбогенераторов типа ТГВ-200, гибкие валы роторов
турбин, уникальные роторы с особо высокими требованиями
по точности балансировки.
По технической норме времени, разряду работы и тариф-
ной сетки устанавливают расценку на единицу продукции —
расценку штучного времени.
8.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА
Технологической подготовкой производства называют
совокупность взаимосвязанных процессов, обеспечивающих
технологическую готовность завода, цеха или участка к вы-
пуску изделий заданного качества при установленных сроках,
объеме выпуска и затратах. Основными функциями техноло-
гической подготовки производства являются:
обеспечение технологичности конструкции изделия;
разработка технологических процессов;
проектирование и изготовление средств технологического
оснащения;
управление процессом технологической подготовки произ-
водства изделия.
Технологичность конструкции изделия, узла, детали отраба-
тывается на стадии проектирования, разработки конструктор-
ской документации, технологической подготовки производ-
ства, в процессе изготовления и эксплуатации. К показателям
технологичности конструкции с позиций балансировки отно-
сятся:
1) класс ротора — жесткий, квазигибкий и т.п.;
209
2) значения технологических и эксплуатационных дисбалан-
сов деталей, узлов, роторов;
3) класс точности балансировки;
4) допустимое количество плоскостей коррекции;
5) объем выпуска.
В результате отработки конструкции на технологичность
выбирают метод балансировки и разрабатывают технические
требования на балансировку.
Разработка технологических процессов включает комплекс
взаимосвязанных работ:
подбор типового технологического процесса;
определение последовательности и содержания технологи-
ческих операций;
определение, выбор и заказ средств технологического
оснащения;
назначение режимов работы оборудования;
нормирование, определение профессий и квалификации
исполнителей;
выбор средств механизации и автоматизации элементов
технологических процессов и транспортирования;
организация производственных участков;
оформление рабочей документации на технологические
процессы.
Технологическую подготовку производства выполняет
служба подготовки производства завода или специальная
проектная организация. Однако балансировщику в своей
повседневной работе приходится решать различные вопросы
технологической подготовки производства.
Определение класса ротора. Основным параметром, опреде-
ляющим класс ротора, является отношение максимальной
эксплуатационной угловой скорости ротора к первой крити-
ческой угловой скорости (т? = соэ макс^крх) • Если т? < 0,3, то
ротор относится к 1-му классу; если п = 0,3 ... 0,9, то ротор
относится ко 2-му классу (квазигибкий); если т? > 0,9, то
ротор считается гибким (3-го класса). Значение первой крити-
ческой угловой скорости определяется расчетным или экспе-
риментальным путем. Приблизительное значение а>кр для
сплошных стальных валов на двух опорах •Трения скольжения
или трения качения можно найти по номограмме, приведенной
на рис. 8.1. Критическое число оборотов вала на опорах сколь-
жения определяют по шкале а; критическое число оборотов
вала на опорах качения — по шкале ”5”.
Например, требуется определить критическое число оборо-
тов сплошного стального вала диаметром d = 150 мм длиной
I = 1Д м на опорах качения. На левой шкале номограммы
откладывают d = 150 мм и наносят точку А. На правой шкале
210
d, мм
10 000-л
7000-
5000-
4000~
3000-
2000-
1500-
1000-
700-
500-
400~
300-
200- a
150^-----
100-
70-
50-
40-
30-
20-
15-
10-
7-
a
A
4~
з-
2-
15-
4 м
~ 0,1
-0,15
-0,2
-0,25
-0,3
5
I- 100000
1000
500
200
100
50
20
10
5
^20000
^10000 ~~
100000-\~ 50000
___5Q000-
2OOO0~
10000-~ 5000
5000-- 2Qqo
2000- ~
1000--
500--
200-~
100--
50--
20-~
10-Г
Рис. 8.1. Номограмма для определения критических частот вращения (об/мин)
валов
наносят точку В, соответствующую длине вала I ~ 1,1 м. Точки
А и В соединяют прямой линией и определяют точку С — пере-
сечение прямой АВ со шкалой б. Значение гц в точке С равно
значению первой критической скорости п = 15 000 об/мин
или <^кр1 = 1500 рад/с.
Критические скорости образуют отношение:
для случая а оно будет икр1 : икр2 : ^КрЗ = 1: 2’76 : 5’38’
для случая б оно будет пкр1 : пкр2 : = 1:4:9.
Номограммой можно пользоваться для полых валов с внут-
ренним диаметром dB. Сначала находят критическую скорость
для сплошного вала, а затем рассчитывают пкр1 полого вала
по формуле
пкр1 ^р
d
Классификация роторов приведена в табл. 8.1.
211
Классификация роторов
Таблица 8Д
Класс ротора Тип ротора Примеры
1-й класс (жесткие) Межопорный Консольный Двухконсольный Ротор электродвигателя, барабан» приводной вал, шпиндель, гироскоп Вентилятор, маховик» центрифуга, шлифовальный круг Турбокомпрессор, турбогенератор, колесная пара
2-й класс (квазигиб кие) Роторы с известным распределением дисбалансов вдоль оси
2а Консольный с одной или двумя плоскостями коррекции на консоли Ротор турбины газотур- бинного двигателя
2 в Двухконсольный с дву- мя плоскостями коррек- ции на консолях Ротор турбонасоса
2с Межопорный с более тем двумя плоскостями коррекции Ротор компрессора
2d Межопорный симмет- ричный ротор с равно- мерно распределенной массой и дисбалансами вдоль оси Вал прокатного стана, приводной вал
2е , Межопорный симмет- ричный ротор с жесткой средней частью Барабан печатной машины, ротор турбо- молекулярного насоса
2-й класс Роторы с неизвестным распределением дисбалан- сов вдоль оси
2f,2g Межопорный симмет- ричный ротор с дискрет- ными массами на гибком валу Многоступенчатый ротор насоса, тур- бонасос
2h Межопорный несиммет- ричный ротор Роторы паровых и газовых турбин
3-й класс (гибкие); 3 а Роторы с дисбалан- сом по 1-й форме изгиба Четырехполюсный ротор генератора
ЗЬ Роторы с дисбалансами по 1-й и 2-й формам изги- ба Малые двухпо- люсные роторы генера- торов
212
Продолжение табл. 8.1
Класс ротора Тип ротора Примеры
3 с Роторы с дисбалансами более чем по 2-й форме изгиба Большие двух- полюсные роторы генераторов
4-й класс (с изменяемой) геометрией) Роторы 1,2, 3-го классов, изменяющие свою геометрию на эксплуатационных частотах вращения
5-й класс Роторы 3-го класса, которые по техническим или экономическим причинам балансируют в двух плоскостях коррекции на максимальной эксплуатаци- онной частоте вращения
Выбор вида балансировки. Выбор низко- или высокочастот-
ной балансировки зависит от класса ротора, начальных, техно-
логических и эксплуатационных дисбалансов, конструкции
ротора, точности балансировки.
Роторы 3-го класса балансируют на высоких частотах враще-
ния независимо от остальных факторов (дисбалансов, конструк-
ции и т.п.).
Роторы 1-го и 2-го классов балансируют на низких и вы-
соких частотах вращения в зависимости от точности баланси-
ровки и значения эксплуатационных дисбалансов. Условие
выбора вида балансировки имеет вид:
низкочастотная балансировка при /)доп > ^т»
высокочастотная балансировка при £доп <
Выбор метода низкочастотной балансировки.
Одноплоскостную низкочастотную балансировку, в том
числе статическую балансировку в динамическом режиме, при-
меняют для балансировки консольных и двухконсольных
жестких (1-го класса) и квазигибких (классов 2а, 2в) роторов,
дисбалансы которых сосредоточены на консолях. Допустимость
одноплоскостной балансировки зависит от значения момент-
ной неуравновешенности.
Балансировку роторов класса 2в производят последователь-
но по мере сборки. Сначала балансируют первую консольную
массу, а затем на вал устанавливают вторую консольную массу
и производят балансировку во второй плоскости.
Двухплоскостную балансировку применяют для баланси-
ровки жестких консольных, межопорных и двухконсольных
роторов, а также квазигибких роторов классов 2в, 2е, у кото-
рых отношение расстояния между плоскостями коррекции к
расстоянию между опорами лежит в пределах 1/L = 0,94 ...
0,05. Для зарезонансных балансировочных станков нижний
предел несколько выше, т.е. I/L = 0,1 ... 0,15. Дополнитель-
213
ным условием выбора метода двухплоскостной балансировки
для роторов класса 2в является отсутствие моментной неурав-
новешенности у консолей.
Статико-моментную балансировку выбирают для баланси-
ровки жестких роторов, не удовлетворяющих условию 1/L =
= 0,94 ... 0,05, квазигибких роторов 2в, 2е имеющих боль-
шую моментную неуравновешенность, а также роторов класса.
2g, 2f, конструкция которых допускает последовательную
балансировку каждой дискретной массы по мере сборки
ротора.
Для роторов классов 2d, 2е, 2Д 2g, 2h применяется много-
плоскостная низкочастотная балансировка. Выбор метода
многоплоскостной балансировки зависит от закона распреде-
ления начальных дисбалансов вдоль оси ротора.
Метод многоплоскостной балансировки с распределением
корректирующих масс вдоль оси ротора пропорционально
смещению главной центральной оси инерции и геометрической
оси выбирают для роторов классов 2с, 2/, 2g с равномерным
распределением начальных дисбалансов, т.е. когда при сборке
контролируется начальный дисбаланс каждой массы (диска).
Метод балансировки с распределением корректирующих
масс вдоль оси ротора пропорционально форме изгиба исполь-
зуется для роторов класса 2d.
Низкочастотную балансировку роторов с неизвестным рас-
пределением дисбалансов производят после выявления на
высоких частотах вращения закона распределения. Выбор
методов высокочастотной балансировки гибких роторов
(классы За, Зв, Зс) производят расчетно-экспериментальным
путем.
Определение последовательности операций. Число и после-
довательность операций определяются методом балансировки,
способом корректировки масс, начальными и остаточными дис-
балансами. Все методы балансировки предусматривают следую-
щие операции:
определение значения и угла дисбаланса в плоскости изме-
рения;
расчет корректирующей массы;
корректировку масс;
контроль остаточных дисбалансов.
При корректировке масс одновременно во всех плоскостях
коррекции технологический маршрут будет состоять из этих
4 операций (без учета подготовительных и заключительных
операций). Если же производят последовательную корректи-
ровку масс в каждой плоскости, то этот цикл операций увели-
чивают во столько раз, сколько предусмотрено плоскостей
коррекции, т.е. после балансировки в 1-й плоскости коррекции
следуют 4 операции, необходимые для балансировки во 2-й
плоскости, и т.д.
214
За один балансировочный цикл начальный дисбаланс умень-
шается в 15 ... 20 раз. Следовательно, число таких балансировоч-
ных циклов определяется отношением Рнач/ (15 ... 20) DOCT.
Например, для балансировки ротора в двух плоскостях
коррекции с последовательной корректировкой масс в каждой
плоскости при отношении начального дисбаланса к остаточному
40:1 технологический маршрут будет состоять из 16 рабочих
операций.
Выбор балансировочных станков. Параметры балансируе-
мого ротора и технологический маршрут служат исходной
информацией для выбора балансировочных станков. Пос-
ледние характеризуются: массой, диаметром цапф, максималь-
ным наружным диаметром и длиной балансируемого ротора;
диапазоном частот вращения, мощностью привода и точностью.
Полностью технические характеристики на балансировоч-
ные станки приведены в паспортах, а основные — в табл. 4.1 и
4.2. Порядок выбора станка следующий.
1. Выбирают все станки, допускающие балансировку рото-
ров массой, лежащей в пределах масс, допустимых для данного
станка. В массу балансируемого ротора включают и паразит-
ную массу опор, корпуса, приспособлений для балансировки,
если с их помощью производят балансировку ротора.
2. Выбирают станки, допускающие балансировку ротора
данной геометрии (длина ротора, максимальный диаметр при-
водной шейки под ремень или осевое соединение).
3. Выбирают частоту вращения ротора при балансировке
из допустимого диапазона частот вращения станка и мощности
привода. Мощность привода, частота вращения ротора при
балансировке, момент инерции ротора, время разгона и проч-
ность соединительного устройства (карданного вала, ремня)
связаны между собой. На рис. 8.2. приведена номограмма для
выбора максимальной частоты вращения ротора (об/мин).
Рис. 8.2. Номограмма для
выбора максимальной час-
тоты вращения (об/мин)
ротора при балансировке
215
Последовательность выбора частоты вращения следующая. На
шкале осевых моментов инерции наносят точку, соответст-
вующую осевому моменту инерции балансируемого ротора, а
на шкале N (кВт) — точку, соответствующую мощности
привода станка. Через эти две точки проводят прямую до
пересечения со шкалой п. Точка пересечения определяет мак-
симально допустимую частоту вращения ротора при баланси-
ровке.
Минимально допустимую частоту вращения ротора при
балансировке находят по номограмме (рис. 8.3), связывающей
мощность, крутящий момент и частоту вращения. Последова-
тельность выбора аналогична предыдущей.
Для роторов, балансируемых в собственном корпусе,
экспериментальным путем дополнительно находятся собствен-
ные частоты колебаний каждой опоры.
Пример. Выбрать частоту вращения при балансировке ротора с осе-
вым моментом инерции 12 = 10 кг°м2. Мощность привода балансировоч-
ного станка 4 кВт, крутящий момент 100 Н°м.
По номограмме на рис. 8.2 определим максимально допустимую
частоту вращения ротора при балансировке — 1500 об/мин. По номог-
рамме на рис. 8.3 находим минимально допустимую частоту вращения
ротора при балансировке — 400 об/мин. Следовательно, частота вращения
ротора должна лежать в диапазоне 400 ... 1500 об/мин.
N к 8т
100 п
90 ~
80п -
70 -
60 -
50-
40-
н,н-м
10000 -|
8000 ~
6000-
50 О и ~
4000 ~
3000 -
2000 -
1500-
п, о5/мин
г ЮО
- 150
30 -
25-
20 -
15 -
1000 -
800 ~
600 -
500 ~
400 ~
300 -
- 200
- 250
- 300
200 -
10 -
9 -
8 ~
7 ~
6 -
5 -
- 500
- 600
- 700
- 800
- ООО
-1000
-1500
3 -
2 -
1,5-
1 -
10 -
8 -
6 ~
5 ~
4 ~
3 -
2 ~
1,5~
1 -J
Ключ
N
М
П
Ответ
-2J000
- 2500
-зооо
- 4000
- 5000
- 6000
- 7000
- 8000
- 9000
ОтбетЮООО
Рис. 8.3. Номограмма для
выбора минимальной час-
тоты вращения ротора при
балансировке
216
При выборе станка по мощности привода задаются часто-
той вращения ротора и находят необходимую мощность и
крутящий момент.
4. Выбор станка по точности балансировки производят рас-
четным путем. Вначале рассчитывают допустимые удельные
дисбалансы в плоскостях опор станка, а затем их сравнивают
с нормой точности станка. Расчет допустимых удельных дис-
балансов выполняют по методике, изложенной в п. 4.4.
5. Выбор станка по производительности балансировки
зависит от типа производства и объема выпуска изделий. В
единичном производстве имеют преимущества дорезонансные
балансировочные станки с измерительным устройством по
схеме а, в, с, значительно упрощающие настройку станка. В
серийном производстве выбор станка определяется подготови-
тельно-заключительным временем на балансируемый ротор.
При малом Тп з преимущество дорезонансных станков перед
дорезонансными незначительно.
Выбор средств балансировки. Он определяется техничес-
кими требованиями на балансировку, а также конструкци-
онными особенностями деталей, узлов, роторов и балансиро-
вочных станков.
Технологические опоры трения скольжения выбирают на
основании расчета сил трения скольжения в зависимости от
размеров цапфы и усилия на опору от сил тяжести ротора.
Расчет выполняют по формулам, приведенным в п. 5.1.
Технологические подшипники качения выбирают по точ-
ности и фактическим диаметрам внутреннего кольца. Точность
изготовления технологического подшипника должна быть на
1 ... 2 класса выше точности товарного подшипника. Погреш-
ность балансировки может быть уменьшена, если из партии
подшипников отобрать такие, у которых радиальные, торцо-
вые биения и зазоры имеют минимальные значения, или произ-
вести доработку стандартных подшипников, уменьшающую
биение подшипника. Фактические диаметры внутренних колец
подшипников и цапф имеют поле рассеивания, в результате
чего посадка подшипника на цапфу может быть с большим
натягом или зазором. Поэтому технологические подшипники
одного типоразмера делят на группы по фактическим диамет-
рам внутреннего кольца. Число групп подшипников должно
быть не менее трех.
Выбор подшипника качения производят следующим обра-
зом. Измеряют фактический диаметр цапфы балансируемого
ротора йц. Рассчитывают необходимый внутренний диаметр
^ВН — С?ц + О ,005 и выбирают группу технологического под-
шипника, соблюдая условие dMaKC > dBH > dMHH, где dMHH,
“макс — минимальный и максимальный диаметр внутреннего
кольца подшипника в группе.
8 Зак. 2219
217
Рис. 8.4. Номограмма для
выбора роликовых опор
Выбор роликовых опор производят с помощью номограм-
мы (рис. 8.4.). На правой ветви оси абсцисс находят точку,
соответствующую массе ротора, приходящуюся на опору, из
которой проводят прямую, параллельную оси ординат до
пересечения с гиперболой для значения диаметра цапфы ротора.
Из точки пересечения прямой с гиперболой проводят прямую,
параллельную оси абсцисс до пересечения с кривой А, и опус-
кают перпендикуляр на левую ветвь оси абсцисс. Кривая А
может пересекаться в одной или двух точках. Первая точка
на оси dp/du указывает минимальное, а вторая — максималь-
ное допустимое отношение диаметров цапфы и ролика.
Пример. Выбрать диаметр ролика роликовой опоры для балансиров-
ки ротора массой т = 100 кг, с диаметрами цапфы d^ = 40 мм и расстоя-
ниями от центра массы ротора до опор Ьд = 600 мм, = 400 мм.
Вычислим массу ротора, приходящуюся на каждую опору:
LB 400
тА = ------ т- -------- 100 =40 кг;
La+ Lb 600 + 400
La 600
тв =-------т = -------- 100= 60 кг.
LA+LB 600 + 400
По номограмме (см. рис. 8.4) находим отношение диаметров ^р/е/цд=
= 1,7 и с/р/е/цв = 2. В качестве минимально допустимого значения примем
dp/d4 = 2 и вычислим минимальный диаметр ролика dp = 2d^ = 2-40 =
= 80 мм. Следовательно, роликовые опоры для балансировки ротора
должны иметь диаметр роликов не менее 80 мм.
Балансировочные оправки выбирают из типовых конструк-
ций оправок по внутреннему диаметру детали.
Балансировочные рамки необходимы для установки кон-
сольного ротора на зарезонансном балансировочном станке;
межопорного ротора, имеющего диаметры цапф или
наружные диаметры подшипников, превышающие допустимые
размеры опор для выбранного балансировочного станка;
ротора в собственном корпусе на балансировочный станок;
роторов на зарезонансных балансировочных станках, опоры
которых имеют одну степень свободы.
Кроме того, они необходимы для регулирования режима
218
работы станка при балансировке консольных и двухконсоль-
ных роторов; роторов в сборе с большой паразитной массой
и обеспечения максимальной точности балансировки.
Конструкция балансировочных рамок определяется балан-
сируемым ротором и необходимостью регулирования режима
работы станка.
Приспособления для металлорежущих станков, сласар-
но-сборочный инструмент, средства измерения, режущий ин-
струмент выбирают в зависимости от конструкции ротора,
способа корректировки масс, типа производства и других
факторов.
Завершающий этап технологической подготовки произ-
водства — документирование балансировочных работ, отра-
ботка и уточнение технологического процесса, обучение рабо-
чих новой технологии и приемам выполнения работ.
3.5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ
Единая система технологической документации устанавли-
вает правила оформления технологических документов на
процессы различных работ в машиностроении и приборо-
строении. На балансировочные работы оформляют документы
как на сборочные, слесарно-сборочные и электромонтажные
работы. Основными технологическими документами баланси-
ровки являются:
маршрутная и операционная карты технологического
процесса; карта эскизов и комплектовочная карта, а также
ведомость оснастки и материалов.
Технологические документы оформляют в виде комплек-
та документов (рис. 8.5).
Заглавный лист комплекта ’’Технологический процесс”'
с наименованиями и обозначениями самого технологического
процесса и балансируемой детали или сборочной единицы
(узла, ротора) утверждает главный технолог. Внедрение тех-
нологического процесса в производство оформляют соответ-
ствующим актом.
Маршрутная карта предназначена для описания технологи-
ческого процесса по операциям в технологической последова-
тельности. По стандартам предприятия карту составляют по
различным формам. В маршрутной карте обозначают номер
участка, операции, рабочего места; записывают наименование,
тип, инвентарный номер оборудования, приспособлений и
инструмента; устанавливают нормы времени, профессию, раз-
ряд и тарифную сетку.
Операции нумеруют порядковыми номерами, кратными 5.
Первая операция имеет номер 05, вторая — 10 и т.д. Такой
порядок нумерации дает возможность вводить в существую-
8* 219
Ведомость оснастки
—11 НИН 1
Номер операции Наименование приспособления и вспомогательного инструмента Код приспособления и вспомогательного инструмента I Наименование режущего инструмента Код режущего инструмента 1^0/336001»^ Наименование измерительного инструмента Код измерительного инструмента 1
Карта эскизов
Номер операции
Маршрутная карта
Напер
Наименование
и содержание операции
Оборудование
Приспособление
и вспомогательный
инструмент
Режущий
инструмент
Измерительный
инструмент
УТВЕРЖДАЮ
_________________________________С_____________}
________________________________________________•19 г.
Технологический процесс
(наименование технологического процесса)
(наименование детали (сборочной единицы)
(обозначение детали (сборочной единицы)
( обозначение комплекта документов)
Внедрен актам №___от Нормоконтролер
Технолог () Начальник техбюро
Разработал
Рис. 83. Комплект технологической документации на балансировку ротора
220
щий процесс дополнительные операции, которым присваивают
номера 6, 7 или 11,12 и т.п.
Операционная карта предназначена для описания операций
по переходам в технологической последовательности с указа-
нием методов и приемов выполнения работ. В операционной
карте обозначают оборудование, приспособление, инструмент;
указывают номера переходов, операции, участка, время, необ-
ходимое для выполнения перехода, режимы работы станка или
механизированного инструмента (например, частоту вращения,
усилие запрессовки, крутящий момент и др.).
Технологический процесс может включать и операции ме-
ханической обработки, необходимые для корректировки
масс. В этом случае оформляют операционную карту механи-
ческой обработки.
Необходимую графическую информацию для выполнения
операций приводят на картах эскизов. Как правило, на них
изображают балансируемую деталь или сборочную единицу
с указанием положения плоскостей коррекции и необходимых
размеров для установки детали на станке и корректировке
масс. Приводят графические зависимости параметров коррек-
тирующих масс от начальных дисбалансов детали и другую
графическую информацию.
Комплектовочная карта предназначена для записи данных
о деталях и сборочных единицах, входящих в комплект соби-
раемого узла для балансировки, если сборочная операция
входит в технологический процесс балансировки.
Ведомости оснастки и материалов составляют на приспособ-
ления. режущий, измерительный и вспомогательный инстру-
мент, а также материалы, применяемые при выполнении тех-
нологического процесса балансировки.
Объем основной технологической документации зависит
от типа производства, формы организации работ, сложности
процесса балансировки. Так, например, при поточной органи-
зации работ в крупносерийном производстве балансировщику
достаточно иметь лишь операционную карту технологического
процесса, которую оформляют в виде балансировочной карты
по ГОСТ 22061 — 76. В балансировочной карте указывают
технические требования на балансировку ротора, положение
органов управления балансировочным станком (настройка
измерительного пульта) и цену деления индикаторов дисбаланса.
При групповой организации балансировочных работ в
мелко- и среднесерийном производствах бригада балансиров-
щиков, кроме полного комплекта основных, должна иметь ряд
дополнительных технологических документов. К ним относят:
технологическую инструкцию на балансировку;
техническое описание и инструкцию по эксплуатации балан-
сировочного станка;
221
технологические паспорта на станки, специальные приспо-
собления и инструменты, сборку узлов;
акты проверок всех средств технологического оснащения.
В технологической инструкции на балансировку ротора
приводят общие технические требования и требования безопас-
ности при проведении балансировочных работ; требования к
станку, приспособлениям, инструменту и балансируемому
ротору. Описывают порядок выполнения работ и даются мето-
дики настройки станка, балансировки ротора, контроля
остаточных дисбалансов.
Технологические паспорта являются приложениями к тех-
нологической инструкции. В паспорте приводят основные тех-
нические данные, фактические параметры и результаты перио-
дических проверок данного средства балансировки. Например,
технологический паспорт контрольного ротора включает:
назначение контрольного ротора;
параметры ротора (масса, момент инерции, геометрические
размеры и т.п.);
допустимые дисбалансы в плоскостях коррекции;
остаточные дисбалансы в плоскостях коррекции с указа-
нием даты проверки и отметки контрольного мастера;
периодичность проверки контрольного ротора.
Форма технологического паспорта устанавливается стан-
дартом предприятия.
ГЛАВА 9
ТИПОВЫЕ РАБОЧИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
БАЛАНСИРОВКИ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ
И ПРИБОРОСТРОЕНИИ
Приведены рабочие технологические процессы статической,
двухплоскостной, статико-моментной, многоплоекостной низ-
кочастотной балансировки деталей и узлов различных изделий
машиностроения и приборостроения, а также пример высоко-
частотной балансировки ротора турбоагрегата на месте уста-
новки.
Большое разнообразие балансируемых деталей и узлов
определяет соответственно и большое разнообразие встречаю-
щихся технологических процессов. Вид технологического
процесса зависит от числа изделий, охватываемых процессом
(одно изделие, группа однотипных или разнотипных изделий).
При этом различают два вида технологических процессов:
единичный и типовой.
Единичный технологический процесс применяют для балан-
сировки детали или узла одного наименования, типоразмера
и исполнения независимо от вида производства.
Типовой технологический процесс применяют как информа-
ционную основу при разработке рабочего процесса баланси-
ровки конкретного ротора, а также как рабочий технологичес-
кий процесс при наличии всей необходимой информации для
балансировки детали, узла или ротора.
Типизация технологических процессов базируется на клас-
сификации по различным признакам объектов производства.
Независимо от конструкции, назначения, технических требо-
ваний балансируемые роторы можно классифицировать по
классам роторов (см. табл. 8.1). В соответствии с такой клас-
сификацией выделяются наиболее общие типовые процессы
динамической балансировки:
низкочастотная балансировка роторов в одной или двух
плоскостях коррекции;
статико-моментная низкочастотная балансировка роторов;
многоплоскостная низкочастотная балансировка роторов;
высокочастотная балансировка роторов.
К типовым процессам статической балансировки можно
отнести статическую балансировку деталей с помощью силы
тяжести и определения геометрии масс роторов.
223
Типовые рабочие технологические процессы применяют для
балансировки конкретных деталей и узлов в соответствии с
требованиями рабочей технической документации. Рассмотрим
некоторые типовые рабочие процессы балансировки деталей
и узлов различных изделий машиностроения.
9.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
СТАТИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ ДИСКА
Технические требования
Диск (рис. 9.1), балансировать статически относительно
базы А.
Рис. 9.1. Диск
Допустимое значение главного вектора оста-
точных дисбалансов 150 г-мм; допустимое зна-
чение главного вектора начальных дисбалансов
2000 г-мм.
Корректировку масс выполнять в плоскости
П сверлением осевых отверстий диаметром не
более 8 мм, глубиной до 20 мм на радиусе R -
- 188 мм ± 0,5 мм. Допускается сверление не
более 15 отверстий.
Наименование и содержание операций.
05. Входной контроль диска.
10. Подготовка балансировочного станка к
работе.
15. Определение значения и угла главного
вектора начальных дисбалансов диска.
20. Расчет корректирующей массы.
30. Определение значения и угла главного
вектора остаточных дисбалансов диска (конт-
роль остаточного дисбаланса).
Содержание переходов
Операция 05.
1. Проверить комплектность и правильность
оформления сопроводительной документации на
диск.
2. Произвести внешний осмотр диска. Кор-
розия, забоины, вмятины и другие повреждения
на поверхностях детали не допускаются.
3. Измерить диаметр отверстия А (ф 80+0»03 ).
Внешний осмотр проводят с помощью лупы на сборочном
верстаке, а в переходе 3 используют инструмент — калибр-
пробку.
Операция 10 выполняется на балансировочном станке
СБС-4.
1. Произвести внешний осмотр балансировочного станка.
Механические повреждения не допускаются.
2. Протереть рабочие поверхности опор станка хлопчато-
бумажной салфеткой, смоченной обезжиривающей жидкостью.
224
3. Установить контрольный ротор на опоры станка. Ротор
должен сохранять состояние безразличного равновесия. В про-
тивном случае отрегулировать станок.
4. Ввернуть контрольный груз в одно из отверстий конт-
рольного ротора до упора.
5. Повернуть контрольный ротор с контрольным грузом в
горизонтальное положение и освободить его. Освобожденный
ротор должен выйти из равновесия, повернуться вокруг оси.
В противном случае проверить порог чувствительности станка
согласно технологической инструкции на статическую балан-
сировку диска.
В операции 10 используется приспособление — контроль-
ный ротор с контрольным грузом, инструмент — гаечный
ключ.
Операция 15 выполняется на слесарном верстаке и баланси-
ровочном станке СБС-4.
1. Установить диск диаметром А на балансировочную оправ-
ку, предварительно смазав ее посадочную поверхность жидким
маслом. Завернуть гайку от руки до упора. Затянуть гайку
динамометрическим ключом, обеспечив момент затяжки
30 ... 35Н-м.
2. Установить диск с оправкой (сборочную единицу) на
опоры станка.
3. Определить тяжелое место диска и отметить его нанесе-
нием риски карандашом.
4. Уменьшить начальный дисбаланс, прикрепляя в противо-
положном месте (легком месте) на радиусе R = 188 мм ± 0,5
мм в плоскости П восковые грузы. Подобрать массу груза
такой, чтобы диск не поворачивался (находился в равновесии),
когда тяжелое место расположено в горизонтальной плоскости.
5. Снять воск с диска. *
6. Взвесить груз и записать его массу в рабочий блокнот.
7. Определить значение главного вектора начальных дисба-
лансов диска по формуле #стнач = mrk, где т — масса воско-
вого груза, rk — радиус установки груза (rk = 188 мм ± 0,5
мм). Записать £>стнач в технологический паспорт баланси-
ровки.
В операции 15 используется приспособление — балансиро-
вочная оправка, весы аналитические; инструмент — ключ ди-
намометрический. -
Операция 20.
1. Определить число отверстий, диаметр и глубину сверле-
ния по номограмме, приведенной на карте эскизов к операции
20. Записать параметры сверления в рабочий блокнот.
Операция 25 выполняется на сверлильном станке.
1. Установить и закрепить диск с оправкой в приспособ-
ление. Закрыть цапфы оправки защитными чехлами. Совмес-
225
тить кондукторную втулку с риской на диске, указывающей
легкое место.
2. Установить и закрепить на столе сверлильного станка
приспособление с диском. Настроить сверлильный станок.
3. Просверлить рассчитанное число отверстий на заданную
глубину. Глубину сверления контролировать по шкале лимба
и нониуса станка.
4. Снять приспособление со стола сверлильного станка,
очистить от стружки, вынуть диск с оправкой, снять защит-
ные чехлы.
В операции используются приспособления — кондуктор,
защитные чехлы; инструмент — комплект гаечных ключей,
сверло, патрон.
Операция 30 выполняется на балансировочном станке
мод. СБС-4.
1. Установить диск с оправкой на опоры станка и пов-
торить выполнение переходов 3 ... 7 операций 15.
Если Дстост < Г>стдоп, то результат занести в технологи-
ческий паспорт балансировки, а сборочную единицу разоб-
рать. Диск уложить в тару.
Если Рстост > Встдоп, то повторить операции 20 ,25, 30 до
тех пор, пока значение главного вектора остаточных дисбалан-
сов не станет меньше допустимого.
9.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
ДИНАМИЧЕСКОЙ Б АЛАНСИРОВКИ РОТОРА
СРЕДНЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
Технические требования
Ротор (рис. 9.2) балансировать динамически в двух плос-
костях коррекции относительно поверхностей Aw В.
Допустимый дисбаланс в плоскостях коррекции не более:
в плоскости 1 — 330 г* мм;
в плоскости 2 — 470 г* мм.
Корректировку масс выполнять установкой балансировоч-
Рис. 9.2. Ротор средний электрической машины
226
ных грузов в кольцевые пазы плоскостей коррекции 1 и 2.
Крайние балансировочные грузы закернить. Балансировочные
грузы БГЗ устанавливать между балансировочными грузами
БГ1 и БГ2.
Наименование и содержание операций
05. Входной контроль ротора.
10. Подготовка балансировочного станка к работе.
15. Подготовка балансируемого ротора.
20. Определение значения и угла. корректирующих масс в
плоскостях коррекции 1 и 2.
25. Корректировка масс.
30. Контроль остаточных дисбалансов.
Содержание переходов
Операция 05
1. Проверить комплектность и правильность оформления
сопроводительной документации на балансируемый ротор.
2. Произвести внешний осмотр ротора. Коррозия, забоины,
вмятины и другие механические повреждения цапф и поверх-
ностей ротора не допускаются.
Операция 10 выполняется на дорезонансном балансиро-
вочном станке с осевым приводом.
1. Проверить внешним осмотром отсутствие механических
повреждений станины, балансировочного устройства, пульта
управления и электрокабелей станка.
2. Проверить легкость вращения роликов роликовых опор.
Протереть их поверхность хлопчатобумажной салфеткой и
смазать 2—3 каплями жидкого масла.
3. Проверить положение органов управления измеритель-
ным пультом станка по карте настройки пульта станка.
4. На диске приводного угломера установить заданный
шарнир (приводной вал).
5. Включить питание пульта станка. Отрегулировать яр-
кость световых точек векторметров.
Операция 15 выполняется на транспортной тележке.
1. Установить на ротор переходную втулку, соединяющую
приводной вал с балансируемым ротором.
2. Закрепить на роторе приспособление для подъема.
3. Протереть цапфы хлопчатобумажной салфеткой.
В операции 15 используются приспособления — переход-
ная втулка, приспособления для подъема; инструмент — ком-
плект сборочного инструмента (гаечные ключи, молоток,
отвертки и т.п.).
Операция 20 выполняется на дорезонансном балансиро-
вочном станке с осевым приводом.
1. Снять ротор с транспортной тележки и плавно опустить
цапфами на ролики станка. Снять с ротора приспособление для
подъема.
2. Опустить зажимные ролики роликовой опоры. Между
227
зажимным роликом и цапфой ротора должен быть зазор до
1 мм.
3. Закрепить шарнир приводного вала в переходной втул-
ке винтом. Проверить надежность крепления защитного кольца
приводного вала.
4. Провести два, три кратковременных пуска ротора. Убе-
диться в надежности крепления вращающихся частей и правиль-
ности установки балансируемого.ротора.
5. Включить привод станка, пускателем переключая ступе-
ни, начиная с 0 и кончая последней. Переключение на последую-
щую ступень допускается только после снижения показаний
амперметра до нормальной величины. Выждать необходимое
время (1 ... 2 мин) для достижения постоянной частоты враще-
ния балансируемого ротора.
6. Включить индикаторы дисбалансов нажатием клавиши,
фиксирующей показания.
7. Выключить привод станка, возвратив пускатель в исход-
ное нулевое положение.
8. Занести показания вектометров в рабочий блокнот и
в технологический паспорт балансировки ротора.
В операции 20 используются грузоподъемный механизм
и комплект сборочного инструмента.
Операция 25 выполняется на дорезонансном, балансировоч-
ном станке с осевым приводом.
1. Рассчитать число балансировочных грузов БГЗ по фор-
муле
п = (тк- т0)/таеТ,
где т0 — масса двух грузов БГ1 или БГ2; ^дет — масса одного
груза БГЗ для 1-й и 2-й плоскости коррекции.
Максимальное число балансировочных грузов БГЗ, устанав-
ливаемых между двумя балансировочными грузами БГ1 или
БГ2, не должно превышать 25 шт.
2. Набрать рассчитанное число балансировочных грузов
БГЗ для 1-й и 2-плоскости коррекции.
3. Установить в пазу 1-й плоскости коррекции под углом,
соответствующим углам, полученным в операции 20, два
балансировочных груза БГ1 (БГ2) и рассчитанное число балан-
сировочных грузов БГЗ. Закрепить балансировочные грузы
БГ1 (БГ2) стопорными винтами. Грузы располагать симмет-
рично относительно линии действия дисбаланса.
4. Повторить переход 3 операции 25 для 2-й плоскости кор-
рекции.
В операции 25 используются комплекты балансировоч-
ных грузов постоянной массы, изготовленные из стали и дюр-
алюминия, а также, комплект сборочного инструмента.
Операция 30 выполняется на дорезонансном балансировоч-
ном станке с осевым приводом.
228
1. Повторить переходы 5 ... 8 в операции 20. Если остаточ-
ные дисбалансы в плоскостях коррекции 1 и 2 меньше допус-
тимых дисбалансов, то балансировка выполнена полностью.
В противном случае повторить операцию 25 и 30. Значения ос-
таточных дисбалансов в плоскостях коррекции занести в тех-
нологический паспорт балансировки.
2. Закрепить на роторе приспособление для подъема.
3. Освободить шарнир приводного вала в переходной
втулке.
4. Поднять зажимные ролики роликовой опоры.
5. Снять отбалансированный ротор со станка, опустить
на транспортную тележку и закрепить в ложементах.
6. Снять с ротора приспособление для подъема.
7. Снять с ротора переходную втулку.
8. Раскренить крайние балансировочные грузы (БГ1 или
БГ2).
В операции 30 используется оборудование, приспособления
и инструмент операций 10 и 15.
9.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС СТАТИКО-МОМЕНТНОЙ БАЛАНСИРОВКИ
МАХОВИКА ИНЕРЦИОННОГО ГИРОСТАБИЛИЗАТОРА
Технические требования
Маховик инерционный (рис. 9.3) балансировать динамичес-
ки в собственных подшипниках и собственном корпусе на
частоте вращения 25 об/с.
Допустимое значение главного вектора остаточных дисба-
лансов — 30 г* мм. Допустимое значение главного момента
остаточных дисбалансов —640 г-мм2 .
Корректировку масс выполнять в 1-й и 2-й плоскости
сверлением осевых отверстий диаметром не более 8 мм, глуби-
ной до 20 мм на радиусе rk = 188 мм ± 0,5 мм. Допускается
сверление не более 15 отверстий в каждой плос-
кости коррекции. Уменьшение значения главного
вектора начальных дисбалансов производить во 2-й
плоскости коррекции. Уменьшение значения глав-
ного момента начальных дисбалансов производить в
1 и 2-й плоскостях.
Наименование и содержание операций.
05. Входной контроль инерционного маховика.
10. Подготовка балансировочного станка.
15. Подготовка инерционного маховика. I
20. Определение значений и углов главного
вектора и главного момента начальных дисбалан- Рис' ^-3. Махо-
сов вик инерцион-
ный
229
25. Расчет корректирующих масс.
30. Корректировка масс.
35. Контроль остаточных дисбалансов.
Содержание переходов.
Операция 05 выполняется на поворотном установочном
приспособлении.
1. Проверить комплектность и правильность оформления
сопроводительной документации на инерционный маховик.
2. Произвести внешний осмотр балансируемого узла. Кор-
розия, ‘забоины, вмятины и другие механические повреждения
поверхностей узла не допускаются.
3. Установить балансируемый узел в поворотное установоч-
ное приспособление и закрепить его.
4. Проверить плавность вращения маховика при вертикаль-
ном и горизонтальном положении его оси. Заедания не допус-
каются.
5. Определить момент трогания маховика при горизонталь-
ном положении оси вращения, установив на ободе в горизон-
тальной плоскости пластилиновый груз массой 3 г. Маховик
должен повернуться на 90°.
Операция 10 выполняется на зарезонансном балансировоч-
ном станке с ленточным соединением.
1. Внешним осмотром проверить отсутствие механических
повреждений станины, балансировочного устройства, пульта
управления и электрокабелей станка.
2. Установить на опоры станка балансировочную рамку.
3. Проверить плавность перемещения опор балансировоч-
ного устройства. Перемещение должно быть свободным, без
заеданий.
4. Проверить положение органов управления измеритель-
ным пультом станка по карте настройки пульта.
5. Протереть рабочие поверхности шкива на электродви-
гателе, направляющих роликов и ленточного ремня хлопчато-
бумажной салфеткой, смоченной обезжиривающей жидкостью.
6. Включить питание пульта станка.
В операции 10 используется балансировочная рамка и
комплект сборочного инструмента.
Операция 15 выполняется на поворотном установочном
приспособлении.
1. Установить на вал балансируемого узла шкив.
2. Закрепить шкив на валу гайкой с крутящим моментом
40 ± 0,5 Н*м. Законтрить гайку.
3. Проверить радиальное биение шкива индикатором часо-
вого типа. Биение более 0,03 мм не допускается.
4. Протереть поверхность шкива хлопчатобумажной сал-
феткой, смоченной обезжиривающей жидкостью.
В операции 15 используются шкив с гайкой, динамометри-
ческий ключ, индикаторная стойка, а также комплект сбороч-
230
ного инструмента, индикатор часового типа с ценой деления
0,01 мм.
Операция 20 выполняется на зарезонансном балансировоч-
ном станке с ленточным соединением.
1. Установить балансируемый узел на балансировочную
рамку и закрепить винтами.
2. Надеть ленточный ремень на шкив балансируемого узла,
ролики и шкив электродвигателя. Натянуть ремень и устано-
вить натяжные ролики так, чтобы ветви ремня были верти-
кальны и лежали в одной плоскости.
3. Нанести на левом торце маховика меловую метку.
4. Отрегулировать положение стробоскопа, установив его
против левого торца маховика.
5. Произвести два, три кратковременных пуска балансируе-
мого узла. Убедиться в надежности крепления подвижных и
вращающихся частей и правильности установки балансируе-
мого узла.
6. Включить привод станка, выждать в течение 2 ... 3 мин до
Достижения маховиком устойчивой балансировочной частоты
вращения. Растормозить опоры станка.
7. Установить переключатель плоскостей измерения в по-
ложение измерения главного вектора дисбалансов. Записать
показания индикатора дисбаланса (число делений) в рабочий
блокнот. Установить переключатель ’’Значение — Угол” в поло-
жение ’’Угол” и сделать отметку углового положения дисба-
ланса.
8. Затормозить опоры станка. Выключить привод станка.
9. Вычислить значение главного вектора начальных дисба-
лансов по формуле:
««и - число делений X цена деления по главному век-
тору.
10. Вычислить значение неуравновешенной массы по фор-
муле
m=DCT нач/гк’ где гк 188 мм-
11. Отвесить пластилиновый груз массой т,
12. Прикрепить пластилиновый груз в легком месте махови-
ка во 2-й плоскости на радиусе 188 мм.
13. Определить значение и угол главного момента началь-
ных дисбалансов, повторив переходы 6 ... 8 для другой плос-
кости измерения.
14. Вычислить значение главного момента начальных дисба-
лансов по формуле:
Л/р нач « число делений X цена деления по главному мо-
менту.
15. Вычислить значения неуравновешенных масс в 1-й и
2-й плоскостях измерения по формуле:
231
ml=m2=MD иач/гк1,
где rk - 188 мм, I - 60 мм.
16. Отвесить пластилиновые грузы массой тх и т2 и сфор-
мировать из них параллелепипеды толщиной 10 мм.
17. Прикрепить пластилиновый груз тх в легком месте
маховика в 1-й плоскости на радиусе 188 мм. Пластилиновый
груз т2 прикрепить под углом 180° относительно первого
груза во 2-й плоскости на радиус 188 мм.
18. Повторить переходы 6 ... 14 для определения остаточ-
ных значений главного вектора и главного момента дисбалан-
сов маховика.
Если остаточные значения меньше допустимых, то занести
начальные значения ^стнач и Мрнач в технологический пас-
порт на балансировку и перейти к следующей операции. В
противном случае повторить переходы 6 ... 18.
В операции 20 использовать аналитические весы и микро-
калькулятор.
Операция 25 выполняется с помощью номограмм.
1. По номограммам определить число, диаметр и глубину
сверления отверстий в 1-й и 2-й плоскостях коррекции.
2. Результаты расчета записать в рабочий блокнот.
Операция 30 выполняется на вертикально-сверлильном
станке.
1. Снять балансируемый узел со станка, надеть защитные
чехлы.
2. Разметить на маховике линии действия главного вектора
и главного момента дисбалансов.
3. Подготовить к работе сверлильный станок.
4. Установить маховик инерционный в приспособление
для сверления. Наложить на маховик кондуктор. Ось симмет-
рии кондуктора должна совпадать с линией действия главного
вектора дисбаланса.
5. Просверлить отверстия в правом торце маховика для
уменьшения главного вектора начальных дисбалансов.
6. Повернуть кондуктор так, чтобы его ось симметрии
совпадала с линией действия главного момента дисбалансов
(моментного дисбаланса).
7. Просверлить отверстия в правом торце маховика для
уменьшения главного момента начальных дисбалансов.
8. Снять накладной кондуктор. Повернуть маховик инер-
ционный в приспособлении для сверления левым торцом вверх.
Наложить на маховик накладной кондуктор, совместив ось
симметрии с линией действия моментного дисбаланса в 1-й
плоскости коррекции.
9. Просверлить отверстия в левом торце маховика для
уменьшения главного момента начальных дисбалансов так же
232
как в переходе 7. Отверстия в левом торце должны быть под
углом 180° к отверстиям в правом торце.
10. Снять балансируемый узел со сверлильного станка.
Зачистить отверстия от заусенцев. Волосяной щеткой удалить
опилки и стружку. Снять защитные чехлы.
В операции 30 используются приспособление для свер-
ления, накладной кондуктор, защитные чехлы, патрон, сверло,
шабер, штангенциркуль ЩЦ-1, а также комплект сборочного
инструмента.
Операция 35 выполняется на зарезонансном балансиро-
вочном станке с ленточным соединением.
1. Повторить переходы 1 ... 6 операции 20.
2. Установить переключатель плоскостей измерения в
положение измерения главного момента дисбалансов. Записать
показания индикатора дисбаланса (число делений) в рабочий
блокнот.
3. Затормозить опоры станка. Выключить привод станка.
4. Вычислить значение главного момента остаточных дис-
балансов по формуле:
MD ост = число делений X цена деления.
Если MD ост < 640 г- мм2, то перейти к следующему переходу.
В противном случае повторить операции 20 ... 35.
5. Разделить окружность маховика на 8 равных частей нане-
сением меловых меток.
6. Отвесить пластилиновый груз массой 0,75 г.
7. Прикрепить груз массой 0,75 г на правом торце маховика
на радиусе 188 мм в точке 1.
8. Повторить переходы 6 ... 8 операции 20 для каждого из
восьми положений груза массой 0,75 г.
9. Рассчитать значение главного вектора остаточных дисба-
лансов маховика по формуле
А -А
г, _ Лмакс Лмин . л 1 / х
^ст ост 141 (г*мм),
макс + ^мин
где Амакс Амин — соответственно максимальное и минималь-
ное показание индикатора дисбаланса.
Сравнить полученное значение DCTOCT с допустимым. Если
Встост < ^стдоп> то балансировка выполнена правильно. В
противном случае повторить операцию 25, 30, 35.
10. Значения остаточных дисбалансов занести в технологи-
ческий паспорт балансировки.
11.. Снять балансируемый узел со станка и установить на
поворотное установочное приспособление.
12. Снять шкив с вала отбалансированного узла.
13. Повторить переходы 3 ... 5 операции 05.
14. Снять балансируемый’ узел с поворотного у становочно-
233
го приспособления и уложить в ящик для транспортировки.
В операции 35 используются приспособления и инструменты
операций 05, 15, 20.
9.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
НИЗКОЧАСТОТНОЙ МНОГОПЛОСКОСТНОЙ БАЛАНСИРОВКИ
РОТОРА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Технические требования.
Ротор центробежного насоса (рис. 9.4) балансировать
динамически на низкой частоте вращения в собственных под-
шипниках.
Допустимое значение главного вектора остаточных дисба-
лансов — 100 г-мм. Допустимое значение главного момента
остаточных дисбалансов — 3500 г* мм2.
Рис. 9.4. Ротор центробеж-
ного насоса
Корректировку масс выполнять в 1 ... 5-й плоскостях
съемом металла с задней стенки центробежного колеса по
кольцу шириной 20 мм, глубиной не более 4 мм. Места съема
металла заполировать.
Расчет корректирующих масс в 1 ... 5-й плоскостях произ-
водить по технологической инструкции на балансировку рото-
ра центробежного насоса.
Наименование и содержание операций.
05. Входной контроль ротора.
10. Подготовка балансировочного станка.
15. Определение значений и углов главного вектора и
главного момента начальных дисбалансов ротора.
20. Расчет начальных дисбалансов в 1 ... 5-й плоскостях
измерения.
25. Контроль точности расчета начальных дисбалансов в
1... 5-й плоскостях измерения.
30. Расчет корректирующих масс в 1 ... 5-й плоскостях.
35. Корректировка масс ротора в 3-й плоскости.
40. Контроль точности корректировки масс в 3-й плоскости.
45. Корректировка масс ротора во 2-й плоскости.
234
50. Контроль точности корректировки масс во 2-й плос-
кости.
55. Корректировка масс ротора в 4-й плоскости.
60. Контроль точности корректировки масс в 4-й плоскости.
65. Корректировка масс ротора в 1-й плоскости.
70. Контроль точности корректировки масс в 1-й плоскости.
75. Корректировка масс ротора в 5-й плоскости.
80. Контроль остаточных дисбалансов.
Содержание переходов
Операция 05 выполняется на транспортной тележке.
1. Проверить комплектность и правильность оформления
сопроводительной документации на ротор.
2. Провести внешний осмотр ротора и подшипников. Кор-
розия, забоины, царапины, вмятины и другие механические
повреждения не допускаются. Подшипники должны вращаться
плавно без заедания.
Операция 10 выполняется на балансировочном станке с
ленточным соединением.
1. Проверить внешним осмотром отсутствие механических
повреждений станины, балансировочного и приводного устрой-
ства, измерительного пульта и электрокабелей станка.
2. Протереть салфеткой, смоченной обезжиривающей жид-
костью, установочные поверхности опор станка, вкладыши,
шкив, направляющие ролики, ленточный ремень.
3. Установить и закрепить на опорах станка вкладыши, а
на валу электродвигателя — шкив.
4. Проверить плавность перемещения опор балансировочно-
го устройства. Перемещения должны быть свободными без
заеданий.
5. Проверить положение органов управления измерительным
пультом по карте настройки пульта станка.
6. Подготовить к работе микрокалькуляторы, введя прик-
ладные программы расчетов дисбалансов в 1 ... 5-й плоскостях.
7. Включить питание измерительного пульта станка.
В операции 10 используются два микрокалькулятора, шкив,
вкладыши, а также комплект сборочного инструмента.
Операция 15 выполняется на балансировочном станке с
ленточным соединением.
1. Закрепить на роторе приспособление для подъема.
2. Снять вал с транспортной тележки и установить его на
опоры станка, предварительно накинув на ротор ремень, зак-
репить подшипники.
3. Снять с вала приспособление для подъема и отвести
электротельфер в сторону.
4. Протереть поверхность ротора под ремень салфеткой,
смоченной обезжиривающей жидкостью, надеть ремень. Натя-
235
нуть ремень и установить натяжные ролики так, чтобы ветви
ремня были вертикальны и лежали в одной плоскости.
5. Смазать подшипники ротора маслом (2 ... 3 г).
6. Нанести на левом торце ротора меловую метку.
7. Отрегулировать положение стробоскопа, установив его
против левого торца ротора.
8. Закрыть балансируемый ротор защитным кожухом.
9. Произвести два, три кратковременных пуска ротора.
Убедиться в надежности крепления подвижных и вращаю-
щихся частей и правильности установки балансируемого ро-
тора.
10. Включить привод станка, выждать несколько минут до
достижения ротором устойчивой балансировочной частоты
вращения. Растормозить опоры станка.
11. Установить переключатель плоскостей измерения в поло-
жение измерения главного вектора дисбалансов. Записать пока-
зания индикатора дисбаланса (число делений) в рабочий блок-
нот. Установить переключатель ’’Значение — Угол” в поло-
жение ’’Угол” и сделать отметку углового положения главного
вектора дисбалансов.
12. Повторить переход 11 для другой плоскости измерения,
в которой измеряется главный момент дисбалансов.
13. Затормозить опоры станка. Выключить привод станка.
14. Вычислить значение главного вектора и главного
момента начальных дисбалансов по формулам:
£>ст нач = число делений X цена деления по главному вектору.
Мр нач = число делений X цена деления по главному моменту.
Результаты расчета занести в рабочий блокнот.
В операции 15 используются приспособление для подъема
и комплект сборочного инструмента.
Операция 20 выполняется с помощью микрокалькулятора.
1. Согласно технологической инструкции на балансировку
ротора центробежного насоса по прикладной номограмме рас-
считать значения и углы дисбалансов в 1 ... 5-й плоскостях.
2. Рассчитать значения неуравновешенных масс для каждой
из пяти плоскостей по формуле
z= 1,2, 3,4, 5,
где Dj — дисбаланс в z-плоскости, полученный в результате
расчета в 1-м переходе; — радиус коррекции в z-й плоскости.
3. Отвесить пластилиновые грузы массой
В операции 20 используются аналитические весы.
Операция 25 выполняется на балансировочном станке с
ленточным соединением.
1. Открыть защитный кожух.
2. Прикрепить в 1 ... 5-й плоскостях соответствующие плас-
236
тилиновые грузы под углом к метке, нанесенной на левом
торце ротора, рассчитанным в 1-м переходе, на радиусе гг-.
3. Закрыть защитный кожух.
4. Повторить переходы 10 ... 14 операции 15. Если остаточ-
ные дисбалансы получатся меньше допустимых дисбалансов,
то перейти к выполнению следующей операции. В противном
случае повторить переходы 10 ... 14 операции 15 и операции
20, 25.
Операция 30 выполняется с помощью номограмм.
1. Согласно технологической инструкции на балансировку
ротора центробежного насоса по номограммам определить
центральные углы, в пределах которых необходимо произвес-
ти съем металла с кругового кольца для каждой из пяти плос-
костей коррекции.
2. Занести результаты в рабочий блокнот.
Операция 35 выполняется в приспособлении для уста-
новки ротора с помощью шлифовальной пневматической
машинки.
1. Открыть защитный кожух.
2. Закрепить на роторе приспособление для подъема.
3. Снять со станка, установить его на транспортную тележ-
ку. Надеть на подшипники защитные чехлы.
4. Отвести тележку с ротором в зону, где производится
съем металла.
5. Разметить место съема металла в 3-й плоскости. Снять
пластилиновый груз в 3-й плоскости.
6. Произвести съем металла по разметке, заполировать
место съема металла. Очистить ротор от опилок.
7. Отвести тележку с ротором на балансировочный участок.
В операции 35 используются приспособления — для подъема
ротора, транспортная тележка, защитные чехлы; инструменты
для разметки, шлифовальный и полировальный круги, ком-
плект сборочного инструмента.
Операция 40 выполняется на балансировочном станке с
ленточным соединением.
Повторить переходы 2 ... 14 операции 15.
Если значения остаточных дисбалансов меньше допустимых,
то перейти к следующей операции. В противном случае произ-
вести балансировку ротора постановкой пластилинового груза
только в 3-й плоскости, после чего повторить операции 30 и 35
для этой плоскости.
Операции 45, 55, 65, 75 повторяют операцию 35 соответ-
ственно для 2, 4,1 и 5-й плоскостей коррекции.
Операции 50, 60, 70 повторяют операцию 40 соответственно
для 2, 4,1-й плоскостей коррекции.
Операция 80 выполняется на балансировочном станке с
ленточным соединением.
237
1. Повторить переходы 1 ... 13 операции 14, открыть защит-
ный кожух.
2. В 3-й плоскости на радиусе 200 мм прикрепить неуравно-
вешенную массу пластилина в 1 г. Закрыть защитный кожух.
3. Повторить переходы 10 ... 13 операции 15. Открыть
защитный кожух, снять неуравновешенную массу пластилина
в 3-й плоскости.
4. В 1- и 5-й плоскости прикрепить под углом 180° неурав-
новешенные массы пластилина в 0,5 г на радиусе 200 мм.
Закрыть защитный кожух.
5. Повторить переход 3, после чего снять обе массы.
6. Вычислить главный вектор остаточных дисбалансов.
7. Вычислить главный момент остаточных дисбалансов.
Значения остаточных дисбалансов не должны превышать
допустимые значения, указанные в технических требованиях.
В противном случае произвести балансировку постановкой
пластилинового груза только в 5-й плоскости, после чего пов-
торить операции 30, 35 для этой плоскости и повторить опера-
цию 80.
8. Закрепить на роторе приспособление для подъема. Снять
ротор со станка и установить на транспортную тележку.
9. Заполнить Технологический паспорт на балансировку.
9.5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ БАЛАНСИРОВКИ
РОТОРА ТУРБОАГРЕГАТА НА МЕСТЕ УСТАНОВКИ
Технические требования на балансировку устанавливаются
специальной инструкцией, в которой приводятся необходимые
сведения для расчета корректирующих масс и программы рас-
четов для ЭВМ. Требования уточняются на первом этапе балан-
сировки — вибрационном обследовании турбоустановки. В
процессе обследования выявляется влияние крутящего момен-
та, магнитного поля генератора, тепловой нестабильности ро-
тора генератора, температурной расцентровки установки.
Приводятся значения коэффициентов чувствительности и
неуравновешенность по формам изгиба ротора.
Наименование и содержание операций.
05. Подготовка агрегата к балансировке.
10. Подготовка балансировочного комплекта к работе.
15. Начальный пуск агрегата.
20. Пуск с пробными грузами.
25. Расчет корректирующих масс.
30. Пуск агрегата с корректирующими массами.
35. Корректировка результатов расчета.
238
Содержание переходов
Операция 05
1. Вскрыть торцовые крышки с обеих сторон ротора.
2. Разметить плоскости коррекции, разделив окружности
на равные части в направлении, противоположном направлению
вращения ротора.
3. Измерить радиусы коррекции, расстояния от плоскос-
тей коррекции до подшипников, длину ротора.
4. Сделать эскизы установки корректирующих масс, нахо-
дящихся в плоскостях коррекции. При большом числе балан-
сировочных грузов заменить их одним грузом, масса которого
находится расчетным способом.
5. Сделать эскиз паза для установки балансировочных
грузов. Изготовить новые балансировочные грузы.
6. Забелить тонким слоем разведенного мела гладкие участ-
ки поверхностей вала с обеих сторон.
Операция 10.
1. Установить на столе балансировочный комплект.
2. Проложить электрокабель питания и заземляющий про-
вод. Подключить питание к балансировочному комплекту.
3. Закрепить на крышках опорных подшипников турбоагре-
гата вибропреобразователи в указанных местах.
4. Установить датчик измерения фазы с торцовой стороны
ротора, совместив метку, нанесенную на роторе (шкалу),
с разметкой плоскостей коррекции.
Операция 15.
1. Произвести пуск агрегата с исходной неуравновешен-
ностью.
2. Измерить значения и углы колебаний подшипниковых
опор на рабочей частоте вращения ротора и вблизи критических
скоростей.
3. Результаты измерений занести в технологический пас-
порт.
4. Определить угол максимального биения ротора (’’высо-
кую” точку) при прохождении критических скоростей с каж-
дой стороны ротора путем нанесения рисок чертилкой на
забеленных поверхностях.
5. Определить ’’высокую” точку на рабочей частоте враще-
ния. Углы максимального биения ротора, определенные в
4-м и 5-м переходах, должны совпадать с углами, определен-
ными балансировочным комплектом, согласно инструкции по
его эксплуатации.
6. Остановить агрегат.
7. Найти плоскость расположения неуравновешенности по
1-й форме изгиба ротора, отложив от ’’высокой” точки на 1-й
критической скорости по направлению вращения ротора угол
90°. Полученный угол указывает место установки пробных
грузов по 1-й форме изгиба.
239
8. Рассчитать массу пробных грузов по формуле
™пр =(^л +
где UA> Uв — амплитуды вибраций подшипников А, В в вер-
тикальном направлении; — коэффициент чувствительности
ротора к симметричным составляющим вибраций. Изготовить
два одинаковых пробных груза массой гипр.
9. Установить пробные грузы в плоскостях коррекции под
углом, определенным в переходе 7.
Операция 20.
1. Произвести пуск агрегата с двумя одинаковыми проб-
ными грузами.
2. Повторить переходы 2 ... 6 операции 15. Пуск с проб-
ными грузами должен привести к снижению вибраций. В
противном случае повторить операцию 15.
3. Снять пробные грузы.
Операция 25.
1. Рассчитать корректирующие массы для уменьшения неу-
равновешенности по 1-й форме изгиба согласно техно логи-
ческой инструкции по балансировке турбоагрегата.
2. Изготовить балансировочные грузы, рассчитанные в
переходе 1.
3. Установить в плоскостях коррекции ротора балансиро-
вочные грузы под углом <pi, отсчет которого ведется от угла
установки пробных грузов в направлении изменения сдвига
фазы вибраций. При использовании стробоскопа для измере-
ния фазы отсчет вести в противоположном направлении.
Операция 30.
1. Произвести пуск агрегата с корректирующими массами.
2. Повторить переходы 2 ... 6 операции 15.
3. Сравнить полученные уровни вибраций агрегата с допус-
тимыми значениями. Если не произошло достаточного сниже-
ния вибраций, то произвести корректировку результатов рас-
чета.
Операция 35.
1. Повторить операции 20, 25, 30, приняв за начальный
пуск агрегата операцию 30, и так далее до допустимых значе-
ний вибраций.
2. По окончании балансировки ротора установленные в
плоскости коррекции балансировочные грузы заменить одним
грузом.
Пример балансировки ротора генаратора ТВ2-100-2 (табл. 9.1)
Технические требования.
Ротор генератора балансировать на месте установки на рабочей час-
тоте вращения 50 с” 1 по вертикальным составляющим вибрации.
Ротор имеет неуравновешенность по 1-й форме изгиба. Коэффициент
чувствительности ротора к симметричным составляющим вибраций
равен 25 мкм/кг, к кососимметричным составляющим — 50 мкм/кг.
Допустимые амплитуды вибраций подшипниковых опор на рабочей
частоте вращения 5 мм/с.
240
Таблица 9.1
Технологический паспорт балансировки
ротора генератора ТВ2-100-2
Наименование операции Вибрации подшипников
Подшипник А Подшипник В
Значение, мкм Угол, ° Значение, мкм Угол, °
Начальный пуск агрегата 108 192 56 235
Пуск с пробными грузами (mt = т2 = 1,45 кг; = = 101°) 61 186 27 291
Пуск агрегата с кор- ректирующими массами (тх = т2 = 2,4 кг; = =106°) 30 164 35 11
Пуск с пробными гру- зами (т1 = т2 = = 0,6 кг; = — <р2 = 176° ) 12 177 8 151
Остаточные значения виброскоростей подшипника А — 3,8 мм/с; под-
шипника В — 2,5 мм/с.
Заключение. Вибрации подшипников генератора ТВ2-100-2 соответст-
вуют техническим требованиям.
Приведенные примеры не исчерпывают всего многообра-
зия балансировочных задач, но служат ориентиром для разра-
ботки единичных рабочих технологических процессов балан-
сировки конкретных изделий.
241
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Рабочим машиностроительных предприятий, осваивающим
профессию ’’Балансировщик деталей и узлов”, при индивидуаль-
ном обучении авторы рекомендуют изучать материал по спе-
циальной программе, которая приведена ниже. Наименования
разделов программы соответствуют главам книги. Помимо тео-
ретического курса, программой предусматриваются практичес-
кие занятия, а также просмотр учебных фильмов: ’’Статистичес-
кая балансировка”, ’’Динамическая балансировка”, ’’Баланси-
ровка гибких роторов”, ’’Динамика механизмов”.
Ниже в почасовой сетке приведены объемы теоретических и
практических занятий.
Всего
часов
Число часов,
отводимых на
изучение раз-
делов:
теория 6 4 4- 3 5 4 4 2 8 40
практика — 4 4 2 4 ( 4 2 — 12 32
Основой для практических занятий является техническое
описание и инструкция по эксплуатации балансировочного стан-
ка, технология балансировки деталей и узлов изделий предприя-
тия.
При повышении квалификации наряду с углубленным изу-
чением материала книги рекомендуем самостоятельно выпол-
нить приведенные ниже упражнения и лабораторные работы.
Упражнение 1. Тормозной барабан массой 25 кг вращается с
частотой 2000 об/мин. Найдите значение главного вектора до-
пустимых дисбалансов барабана пренебрегая при расчете техно-
логическими и эксплуатационными дисбалансами.
Ответ: D ст дОП Верхн = 5000 г*мм, D ст доп нижи ~ 1875 г* мм.
Упражнение 2, Верхнее значение главного вектора допусти-
мых дисбалансов ротора электродвигателя равно 8000 г* мм.
Расстояние от опоры А до центра масс 300 мм, до первой плос-
кости коррекции — 100 мм, до второй плоскости коррекции
242
700 мм. Найдите верхние значения допустимых дисбалансов в
плоскостях коррекции.
Ответ:£>1доп верха = 5333 г»мм, 1^2 доп верхи ~~ 2666 г*мм.
Упражнение 3. При первом пуске неуравновешенного рото-
ра индикатор значения дисбаланса показывал 60 дел., а индика-
тор угла дисбаланса — угол 60° относительно метки. При вто-
ром пуске этого ротора с пробной массой 10 г, установленной
на радиусе 75 мм напротив метки, индикаторы показывали 30
дел. и 120°. Найдите графическим способом значение и угол на-
чального дисбаланса в плоскости измерения.
Ответ:/) нач = 849 г «мм, <Рнач ~ 30 .
Упражнение 4. Значения начального дисбаланса трехплоско-
стного вентилятора равно 1200 г* мм, угол дисбаланса отсчитан-
ный от. середины первой лопасти равен 80°. Найдите корректи-
рующие массы, которые необходимо установить на лопастях
вентилятора на радиусе 100 мм.
Ответ: тк1 = 4,37 г, тик2 = 12,77 г.
Упражнение 5. При контроле остаточного дисбаланса мето-
дом кругового обхода контрольным грузом массой 2,5 г по ра-
диусу 120 мм получены следующие показания индикатора зна-
чения дисбаланса в плоскости коррекции:
Угол дисбаланса 0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315°
Показания индика-
тора значения дис- 50 62 75 63 51 41 26 40
баланса дел.
Найдите остаточный дисбаланс в плоскости коррекции.
Ответ: DOCT = 147 г*мм.
Упражнение 6. Ротор уравновешен в первой плоскости изме-
рения грузом массой 10 г, прикрепленным на радиусе 75 мм
под углом 40°, а во второй плоскости массой 15 г, прикреплен-
ным на радиусе 100 мм под углом 135°. Расстояние от центра
масс до плоскостей измерения соответственно равно 300 и
450 мм. Найдите главный вектор и главный момент начальных
дисбалансов ротора.
Ответ:D j(*j jjдц 1618 г*мм2, ^ст~ 107,5
Мр нач в 585560 г< мм2 , д/ = 80°.
Упражнение 7. Начальные дисбалансы в плоскости коррек-
ции первых 7 роторов из партии составили 940,1220, 585,1040,
875, ИЗО, 1210 г* мм. Какое значение начальных дисбалансов
следует принять для всей партии роторов с достоверностью
0,95.
Ответ:/) нач = 1000 + 208 г» мм.
243
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Определение остаточного дисбаланса в плоскости коррекции
Цель работы: экспериментальное определение остаточ-
ного дисбаланса в плоскости коррекции различными методами.
Средства исследований: балансировочный ста-
нок, контрольный ротор, контрольные грузы, весы, воск.
Порядок выполнения работы. 1. Подготовьте балансиро-
вочный станок и контрольный ротор к работе согласно ин-
струкции по эксплуатации.
2. В плоскости коррекции контрольного ротора прикрепи-
те в произвольном месте восковой груз, массу которого вычис-
лите по формуле: m = 2mpoT/rK, где гирот — масса контрольно-
го ротора в кг; гк — радиус в плоскости коррекции в мм; тп —
масса груза в г.
3. Определите остаточную неуравновешенную массу в плос-
кости коррекции ротора по показаниям индикатора дисбаланса
станка.
4. Определите остаточную неуравновешенную массу в плос-
кости коррекции ротора с помощью контрольного груза.
5. Определите остаточную неуравновешенную массу в плос-
кости коррекции ротора круговым обходом контрольного
груза.
Прим ечания: Измерения по п. 3—5 повторять не менее 5 раз;
вычислить средние значения остаточной неуравновешенности для каждо-
го метода контроля.
6. Сравните полученные результаты с массой воскового гру-
за, сделайте вывод о точности и трудоемкости исследованных
методов контроля остаточного дисбаланса.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Одноплоскостная балансировка
Цель работы: экспериментальное исследование мето-
дов одноплоскостной балансировки.
Средства исследований: балансировочный ста-
нок, контрольный ротор, контрольные грузы, весы, воск, прог-
раммируемый микрокалькулятор.
Порядок выполнения работы. 1. Подготовьте балансировоч-
ный станок и контрольный ротор к работе согласно инструкции
по эксплуатации.
2. В левой плоскости коррекции контрольного ротора при-
крепите в произвольном месте восковой груз, масса которого
в 25 раз больше остаточной неуравновешенной массы ротора в
этой плоскости. Органы управления пульта станка, использу-
емые для исключения влияния плоскостей коррекции, приве-
дите в исходное состояние для настройки.
244
3. Определите начальный дисбаланс в левой плоскости ме-
тодом амплитуд. Вычислите и отвесьте восковую корректи-
рующую массу. Проведите корректировку масс. Определите
остаточный дисбаланс по показаниям индикатора станка.
4. Определите начальный дисбаланс в левой плоскости спо-
собом трех пусков. Вычислите по прикладной программе 3.1.
(см. с. 74) и отвесьте восковую корректирующую массу. Про-
ведите корректировку масс. Определите~остаточный дисбаланс
по показаниям индикатора станка.
5. Определите начальный дисбаланс в левой плоскости мето-
дом амплитуд и фаз. Вычислите графически и отвесьте воско-
вую корректирующую массу. Проведите корректировку масс.
Определите остаточный дисбаланс по показаниям индикатора
станка.
Примечания: Работы по п. 4 и 5 выполнять после приведения ор-
ганов управления пульта станка и контрольного ротора в исходное состоя-
ние согласно п. 2.
Остаточные дисбалансы по п. 3, 4, 5 определять на полностью настро-
енном станке, т.е. органы управления пультом должны находиться в по-
ложении указанном в карте настройки станка на балансировку контроль-
ного ротора. Значения начальных и остаточных дисбалансов записывать в
блокнот.
6. Вычислите коэффициенты уменьшения дисбаланса для
каждого исследуемого метода. Сделайте вывод о точности и
трудоемкости методов одноплоскостной балансировки.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Разделение плоскостей коррекции
Цель работы: экспериментальное Исследование спосо-
бов разделения плоскостей коррекции.
Средства исследований: балансировочный ста-
нок, контрольный ротор, весы, воск.
Порядок выполнения работы. 1. Подготовьте балансировоч-
ный станок и контрольный ротор к работе согласно инструкции
по эксплуатации.
2. Органы управления пульта станка, используемые для ис-
ключения влияния плоскостей коррекции, приведите в исход-
ное состояние для настройки. Изготовьте два восковых груза
массой в 25 раз больше остаточной неуравновешенной массы
контрольного ротора.
3. Пять раз разделите плоскости коррекции для двух плос-
костной балансировки. Каждый раз, изменяя положение этих
плоскостей по длине ротора таким образом, чтобы расстояние
между крайними плоскостями коррекции относилось к теку-
щему расстоянию между плоскостями как 1 : 5 :10 : 15 : 20.
4. Вычислите коэффициенты уменьшения взаимного влия-
ния плоскостей коррекции для пяти положений плоскостей на
245
роторе. Постройте графическую зависимость полученных коэф-
фициентов от отношения расстояний. Определите область при-
менения исследованного способа разделения плоскостей кор-
рекции.
5. Разделите плоскости для статико-моментной балансиров-
ки. Вычислите коэффициенты уменьшения взаимного влияния.
6. Сравните исследованные способы настройки и определи-
те области их применения.
Для дальнейшего повышения профессионального уровня
рекомендуем Вам освоить необходимые разделы монографии:
’’Основы балансировочной техники”:Т.1,2. Под ред. д-ра техн,
наук пр оф . В.А. Щепетильникова. М.: ’’Машиностроение’’,
1975 г.
246
СПИСОК НОРМАТИВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МЕЖДУНАРОДНЫЕ СТАНДАРТЫ
ПО БАЛАНСИРОВКЕ РОТОРОВ
1. ISO* 1940. Качество балансировки вращающихся жестких тел
(1973).
2. ISO 1925. Терминология балансировки (1974 г.).
3. ISO 2953. Балансировочные машины — описание и оценка (1975 г.).
4. ISO 5406. Балансировка гибких роторов (1980 г.).
ГОСУДАРСТВЕННЫЕ СТАНДАРТЫ СОЮЗА ССР
ПО БАЛАНСИРОВКЕ РОТОРОВ
1. ГОСТ 19534—74. Балансировка вращающихся теп. Термины.
2. ГОСТ 20075—74. Станки балансировочные. Основные параметры и
размеры.
3. ГОСТ 20076—74. Станки балансировочные. Нормы точности.
4. ГОСТ 22061—76. Система классов точности балансировки. Основ-
ные положения.
5. ГОСТ 12327—79. Машины электрические вращающиеся. Остаточные
дисбалансы роторов. Нормы и методы измерений.
6. ГОСТ 24346—80. Вибрация. Термины и определения.
7. ГОСТ 25466—82. Вибрация. Роторы гибкие паротурбинных агрега-
тов. Требования к балансировке.
*Международная организация по стандартизации.
247
ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИЗДАНИЕ
Михаил Ефимович Левит
Валентин Михайлович Рыженков
БАЛАНСИРОВКА ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ
Редактор Л.П. Строганов
Художественный редактор С.С. В о д ч и ц
Переплет художника А.Я. Михайлова
Технический редактор И.В. Выгловская
Корректоры Л.Н. Горлова, Л.И. Довжанская
ИБ 4795
Сдано в набор 19,12.85. Подписано в печать 6.11.86. Т-21646.
Формат 60X90 1/16. Бумага: тип. №2. Гарнитура Сенчури.
Печать офсетная. Усл.печ. л. 15,5, Усл. кр.-отт. 15,5. Уч.-изд. л. 15,9.
Тираж 12 500 экз. Заказ 2219 Цена 1 р. 10 к.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство ’"Машиностроение”
10*7076, Москва, Стромынский пер., 4.
Отпечатано в Московской типографии № 4 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР по делам издательств,
полиграфии и книжной торговли
129041, Москва, Б. Переяславская, 46.
с оригинал-макета, изготовленного в издательстве ""Машиностроение”
на наборно-пишущих машинах